期刊：gastroenterology，IF：22.682

技術：ScRNA Seq

導語

回腸儲袋肛管吻合手術（IPAA）是治療難治性潰瘍性結腸炎的一種手術方法。貯袋炎是保留肛門的大腸全切術術后最常見的并發(fā)癥，是不明原因的炎癥。

方法

為了確定腸炎期間腸道免疫系統(tǒng)情況，我們使用單細胞RNA測序(scRNA-seq)分析了有和無腸炎患者以及潰瘍性結腸炎患者的組織。本文檢測了潰瘍性結腸炎患者（n=15）和未進行回腸袋-肛門吻合術的腸組織中（n=11)的CD45+免疫細胞。

結果結論

分析發(fā)現(xiàn)除了組織特異性特征外，還鑒定了IL1B/LYZ+髓系細胞和FOXP3/BATF+T細胞群，它們可以區(qū)分炎癥組織，我們在IBD患者的其他單細胞RNA-seq數(shù)據(jù)集中進一步驗證了這一點。還發(fā)現(xiàn)潰瘍性結腸炎患者對抗整合素生物治療的是否有反應與患者亞群中IL1B+/LYZ+髓細胞的特征相關。

研究結果

1. 潰瘍性結腸炎（UC）患者J-pouch和結腸活檢的免疫細胞轉錄景觀

通過單細胞RNA測序總共獲得了近56000個CD45+細胞，其中炎癥UC(18,375 cells, 11個樣本)、炎癥袋 (20,678 cells, 10個樣本) 和未炎癥袋(16,678 cells, 5個樣本)。t細胞亞群有30,863個細胞，b細胞亞群有21,324個細胞，髓系細胞亞群有3747個細胞。根據(jù)marker基因，定義了T cells, 生發(fā)中心/濾泡細胞, 漿細胞，循環(huán)B細胞、肥大細胞和單核細胞/巨噬細胞。在6個主要細胞類型中， 通過Wilcox比較，袋炎和炎癥UC患者樣本中單核/巨噬細胞的比例明顯高于非炎癥樣本，表明炎癥狀況是由髓系細胞的差異驅動的。

2. 炎癥患者樣本中單核/巨噬細胞的百分比增加

髓系細胞鑒定出6種類型，包括3種不同類型的單核/巨噬細胞、肥大細胞、DCs和pDCs。差異表達分析確定了每個單核/巨噬細胞群體的特異性標記物，將其稱為SOX4+ / MAFA+，IL1B+ / LYZ+和APOE+ / C1QC+。SOX4+/MAFA+ 和 IL1B+/LYZ+單核細胞/巨噬細胞群體在炎癥性UC患者中更為豐富，DC在囊袋和未感染囊袋之間有所不同，未感染囊中未檢測到pDC。

對于單核細胞/巨噬細胞進行擬時序分析，觀察到的SOX4+/MAFA+和IL1B+/LYZ+細胞之間的差異，表明APOE+/C1QC+細胞是中間群體。

3. T細胞亞群因炎癥狀態(tài)而不同

對T細胞進行亞群細分，鑒定了12個T細胞簇，并有IFNG、CD8、FOXP3、IL2、ATF3、IL7、TNF、CCL5、GZMB、TOX2基因對特征表達。與未發(fā)炎的袋相比，發(fā)炎的UC和袋狀體樣品中FOXP3+T細胞（Tregs）的簇增加。與發(fā)炎的UC樣品相比，未發(fā)炎的袋和袋樣本中的Naive 細胞和CD8+細胞的相對百分比增加，而與袋和UC樣本相比，未感染的袋中的CD8+NR4A2+細胞通常更高。對各樣本FOXP3 + / BATF +細胞亞群進行差異分析。組織切片染色結果一致。

4. 在公共數(shù)據(jù)集中驗證炎癥相關免疫細胞

Smillie等人和Martin等人發(fā)表了UC和CD的單細胞數(shù)據(jù)集，我們使用這些數(shù)據(jù)集來比較本研究中確定的免疫細胞群體。主要免疫細胞類型，包括T細胞、GC/濾泡細胞、漿細胞、肥大細胞、髓細胞和少量上皮細胞。分析T細胞群和髓系細胞，F(xiàn)OXP3+ / BATF+調節(jié)性T細胞，在發(fā)炎的UC、CD和袋狀Pouch中顯著增加。先天淋巴(innate lymphoid cells, ILCs)亞群只在CD樣本中顯著增加，顯然和炎癥無關。IL1B+/LYZ+炎癥細胞，在發(fā)炎的UC、CD和袋狀Pouch中顯著增加。DC炎癥細胞，在袋狀Pouch中顯著增加，在其他樣本未見顯著差異。

5. UC患者對治療的反應和炎癥狀態(tài)

使用cellPhoneDB數(shù)據(jù)庫分析了23個免疫細胞亞群之間的受體-配體網絡，該數(shù)據(jù)庫在我們的706基因簽名矩陣中識別了856個顯著的相互作用。其中IL1B+/LYZ+、DC和APOE+/C1QC+單核細胞/巨噬細胞具有最多的相互作用對，并且是該網絡中連接數(shù)量最多的節(jié)點，三種細胞類型之間有許多顯著的相互作用。Th17細胞代表與DC、IL1B+/LYZ+單核細胞/巨噬細胞和APOE+/C1QC+單核/巨噬細胞相互作用的另一個主要節(jié)點，包括涉及趨化因子CCL3、CCL4、CCL5、HLA-DPB1和CCL20與受體CCR1、CCR4、CCR5、SF13B和CCR6的活性。分析識別了IL1B+/LYZ+單核細胞/巨噬細胞與Th17細胞的相互作用，這可能是這些UC患者炎癥期間免疫應答的重要組成部分。

為治療UC開發(fā)的幾種新型治療劑旨在阻斷免疫細胞相互作用。我們評估了免疫細胞亞群特異性特征是否區(qū)分UC中不同治療靶點的應答者和無應答者：Vedolizumab34（GSE73661）、Etrolizumab35（GSE72819）和Golimumab36（GSE92415）。Vedolizumab應答者和無應答者之間的差異最大，Vedolizumab有應答和無應答之間的差異，大多數(shù)與IL1B + / LYZ +單核細胞/巨噬細胞相關，IL1B + / LYZ +單核細胞/巨噬細胞的marker gene 在無應答中富集表達。表明這些巨噬細胞可能是耐藥性的標志物；但是也存在相當大的異質性。

參考文獻：

Devlin Joseph C,Axelrad Jordan,Hine Ashley M et al. Single-Cell Transcriptional Survey of Ileal-Anal Pouch Immune Cells From Ulcerative Colitis Patients.[J] .Gastroenterology, 2021, 160: 1679-1693.