2022-03-24
今(jin)天給大(da)家(jia)帶(dai)來一篇兩(liang)年(nian)前的單細(xi)胞(bao)測序文章(zhang)，來自于單細(xi)胞(bao)領域的開山鼻祖北京大(da)學湯(tang)富酬(chou)教授課題組的作品，雖然(ran)已兩(liang)年(nian)過去(qu)，但其研究的大(da)體思路(lu)還(huan)是值得我們好好學習參(can)照(zhao)。
先簡單了解一(yi)(yi)下IgA腎(shen)病，這是一(yi)(yi)種(zhong)典(dian)型的自身(shen)免疫(yi)性疾病，其特(te)征為(wei)腎(shen)小球系膜區的IgA(免疫(yi)球蛋(dan)白(bai)A)沉積，臨床(chuang)表現為(wei)反復(fu)發作性肉(rou)眼血(xue)尿或鏡下血(xue)尿，目(mu)前無(wu)特(te)殊治療方法，主要(yao)還是以保(bao)護腎(shen)功能，減慢(man)病情進展為(wei)主。其發生機制尚未完(wan)全解析清楚。
研(yan)究(jiu)收集(ji)了(le)13名(ming)IgAN患(huan)(huan)(huan)者(zhe)(zhe)的(de)腎活檢樣本和(he)6名(ming)患(huan)(huan)(huan)者(zhe)(zhe)腎切除(chu)標本的(de)正(zheng)常組織；此(ci)外，還采集(ji)了(le)5名(ming)健康捐贈者(zhe)(zhe)和(he)13名(ming)IgAN患(huan)(huan)(huan)者(zhe)(zhe)中5名(ming)患(huan)(huan)(huan)者(zhe)(zhe)的(de)外周血。取材制樣流程圖(tu)如(ru)下：
在對(dui)(dui)上(shang)述獲取的細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)進(jin)(jin)行初步過濾(lv)后(hou)，得到總(zong)計3620個(ge)單細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)樣本。隨后(hou)利(li)用Seurat進(jin)(jin)行了(le)(le)降維和(he)聚類(lei)分析(xi)，基于CellPhoneDB預(yu)測兩種細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型間富集(ji)的受(shou)體(ti)-配體(ti)互(hu)作對(dui)(dui)，并用R包(bao)igraph進(jin)(jin)行可(ke)視化；用DAVID對(dui)(dui)系膜(mo)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)做(zuo)了(le)(le)GO功能(neng)富集(ji)；通過GSEA分析(xi)了(le)(le)腎臟駐留(liu)巨噬細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)富集(ji)的信(xin)號(hao)通路；基于Spearman相關性進(jin)(jin)行了(le)(le)分層聚類(lei)以分析(xi)IgAN收集(ji)導管上(shang)皮細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)的異(yi)質(zhi)性，并進(jin)(jin)一(yi)(yi)步做(zuo)了(le)(le)monocle擬時序分析(xi)，揭示纖維化過程。最(zui)后(hou)，根(gen)據已發表(biao)的GWAS研究(jiu)評估IgAN風(feng)險基因(yin)的細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型特異(yi)表(biao)達(da)。下(xia)面(mian)，我們一(yi)(yi)起看一(yi)(yi)下(xia)文章(zhang)的重點(dian)結(jie)果(guo)。
一、IgAN單細胞圖譜描繪
識別了9種不(bu)同的細(xi)胞(bao)(bao)(bao)類型，如(ru)腎(shen)小管細(xi)胞(bao)(bao)(bao)、足細(xi)胞(bao)(bao)(bao)、內皮細(xi)胞(bao)(bao)(bao)、系膜細(xi)胞(bao)(bao)(bao)，還有部分(fen)免疫細(xi)胞(bao)(bao)(bao)如(ru)T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)、巨(ju)噬細(xi)胞(bao)(bao)(bao)。
二、細胞特異性的基因表達模式
通過(guo)轉錄差(cha)異(yi)分析發(fa)現IgAN系膜細胞(bao)差(cha)異(yi)基因(yin)(yin)主(zhu)要富集在跟細胞(bao)粘附、細胞(bao)外基質相關(guan)的(de)條目上。且發(fa)現J CHAIN在系膜細胞(bao)高(gao)(gao)表達，而J CHAIN被(bei)認知的(de)主(zhu)要功能(neng)是機體(ti)(ti)在形成IgM或IgA多聚(ju)體(ti)(ti)時起到一個連接(jie)彼此的(de)鉸鏈作用，以及輔(fu)助(zhu)抗體(ti)(ti)的(de)轉運(yun)、識別等。在本研(yan)究中(zhong)首次發(fa)現其(qi)在IgAN系膜細胞(bao)中(zhong)的(de)高(gao)(gao)表達，說明JCHAIN可能(neng)是IgA抗體(ti)(ti)免疫復合物傾向于沉積在IgAN患者的(de)腎(shen)小球(qiu)系膜區的(de)原因(yin)(yin)。
三、細胞通訊分析
系(xi)膜(mo)細(xi)(xi)胞(bao)和內皮細(xi)(xi)胞(bao)的相互(hu)(hu)通訊最強，說明在IgAN系(xi)膜(mo)細(xi)(xi)胞(bao)增殖過(guo)程中(zhong)，內皮細(xi)(xi)胞(bao)與系(xi)膜(mo)細(xi)(xi)胞(bao)之間可(ke)能存在緊密的相互(hu)(hu)作(zuo)用，共同導致了系(xi)膜(mo)區的病理變化。
四、相關免疫細胞表達情況
巨(ju)噬細(xi)(xi)胞(bao)(bao)和T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)是IgAN間質中(zhong)主要的(de)(de)浸潤細(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型，IgAN腎臟(zang)原(yuan)位巨(ju)噬細(xi)(xi)胞(bao)(bao)表(biao)(biao)(biao)現出NOTCH信號通路、糖酵解(jie)、脂肪酸代謝(xie)等(deng)生物學過(guo)程(cheng)的(de)(de)異常。還發現CCL2和CX3CR1在IgAN中(zhong)高度表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)，IgAN樣品中(zhong)的(de)(de)CD14+ 外周血巨(ju)噬細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(PBMCs)表(biao)(biao)(biao)現出明顯的(de)(de)干擾素應(ying)答，IgAN腎臟(zang)CD8+T細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)免疫(yi)耗竭(jie)相關的(de)(de)基因表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)增強，細(xi)(xi)胞(bao)(bao)毒性(xing)相關基因表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)減弱。
五、擬時序分析揭示腎間質纖維化過程
IgAN腎小管閏細胞（Intercalatedcell,IC）可(ke)(ke)(ke)能(neng)存在新的亞(ya)型(xing)。對IgAN閏細胞進一(yi)步(bu)分析發現(xian)其(qi)存在三種(zhong)亞(ya)型(xing)，IC為一(yi)種(zhong)中(zhong)間狀(zhuang)態(tai)，可(ke)(ke)(ke)向IC1、IC2轉(zhuan)分化，Wnt以(yi)及FGF相(xiang)關通路(lu)的基因(yin)表(biao)(biao)達(da)(da)主要(yao)集(ji)中(zhong)于IC1、IC2，EMT相(xiang)關的主要(yao)標記基因(yin)同樣也在IC1、IC2高表(biao)(biao)達(da)(da)。IC1和IC2的基因(yin)表(biao)(biao)達(da)(da)模式表(biao)(biao)現(xian)出對與(yu)(yu)EMT和纖(xian)維化相(xiang)關的基因(yin)和轉(zhuan)錄因(yin)子的高度(du)富(fu)集(ji)，尤其(qi)是已證實(shi)與(yu)(yu)IgAN相(xiang)關的重要(yao)纖(xian)維化調節因(yin)子S100A4，這可(ke)(ke)(ke)能(neng)提示腎小管閏細胞可(ke)(ke)(ke)能(neng)參與(yu)(yu)了(le)IgAN患者的腎間質纖(xian)維化過程。
總而言之，這篇文章非(fei)常符合(he)常見的單(dan)細胞數據分析套路，加入細胞通訊，擬時序等分析嘗試去解釋(shi)生物學問題，其實還有很多(duo)比如WGCNA，GSEA等都可以應用到單(dan)細胞文章當中，后續我們再一一解讀(du)。
