為了配合狼瘡宣傳，我們在此分享兩項創(chuàng)新研究，這兩項研究帶來了有關(guān)系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）的新見解，有助于了解循環(huán)免疫細(xì)胞的基因組差異與細(xì)胞類型特異性的基因表達(dá)特征之間的關(guān)系。這些結(jié)果有助于確定狼瘡的遺傳基礎(chǔ)，并表征下游驅(qū)動自身免疫性疾病的細(xì)胞和分子機制。

對于一種每位患者的表現(xiàn)都不同的疾病，該如何診斷和治療？系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）就是這樣一種高度異質(zhì)性的自身免疫性疾病，導(dǎo)致受影響的器官（包括關(guān)節(jié)、皮膚、腦、肺、腎和血管）出現(xiàn)廣泛的炎癥和組織損傷(1)。出于這個原因，醫(yī)生和科學(xué)家仍然很難確定病因，需要以更大規(guī)模對狼瘡的免疫圖譜進(jìn)行更深入的分子表征。

盡管狼瘡的臨床表現(xiàn)多種多樣，但Perez等人和Yazar等人近期發(fā)表在《Science》雜志上的兩篇論文各自描述了一種研究狼瘡免疫調(diào)節(jié)的實驗方法，有望大大推動我們對驅(qū)動免疫功能障礙的潛在機制的認(rèn)識。這兩種方法都使用了大型患者隊列和單細(xì)胞RNA測序技術(shù)，構(gòu)建了供體外周血單核細(xì)胞（PBMC）中超過120萬個循環(huán)免疫細(xì)胞的分子圖譜。具體來說，Perez等人分析了162名狼瘡患者和99名健康對照的樣本，而Yazar等人分析了一個由982名健康受試者組成的隊列。他們對樣本進(jìn)行基因分型，鑒定出單核苷酸多態(tài)性（SNP），然后將其與群體遺傳學(xué)數(shù)據(jù)相整合，以評估與自身免疫性疾病風(fēng)險基因座的關(guān)聯(lián)。

對狼瘡免疫細(xì)胞的全面普查

以往的研究已經(jīng)確定狼瘡發(fā)病的關(guān)鍵罪魁禍?zhǔn)资钱惓５腡細(xì)胞生物學(xué)，“它通過分泌促炎細(xì)胞因子加重炎癥，幫助B細(xì)胞產(chǎn)生自身抗體，并通過自身反應(yīng)性記憶T細(xì)胞的積累來維持疾病”(2)。然而，到目前為止仍缺乏一張狼瘡免疫景觀的全面圖譜(3)。于是，Perez等人集中精力來表征SLE和健康樣本的細(xì)胞組成以及細(xì)胞類型特異性的轉(zhuǎn)錄組特征，包括SLE病例的疾病相關(guān)特征，它們可能代表了所有患者的共同表型線索。

Perez等人發(fā)現(xiàn)，SLE PBMC的標(biāo)志是CD4+ T細(xì)胞的比例總體下降，特別是CD4Naïve細(xì)胞亞群，以及經(jīng)典單核細(xì)胞的增加。這也許能解釋一種在SLE患者身上經(jīng)常觀察到的現(xiàn)象——淋巴細(xì)胞減少癥（也就是白細(xì)胞數(shù)量減少），重要的是，這并不是免疫抑制劑治療的結(jié)果(3)。

通過分析SLE病例的CD8+ T細(xì)胞區(qū)室，他們觀察到，表達(dá)顆粒酶的CD8GZMH細(xì)胞比例與對照相比顯著增加。這些細(xì)胞在轉(zhuǎn)錄上是異質(zhì)性的，其混合群體的細(xì)胞毒性、耗竭和干擾素刺激基因（ISG）特征表達(dá)升高。單細(xì)胞免疫組庫測序進(jìn)一步細(xì)化了CD8+ T細(xì)胞的克隆性；在擴增的克隆中，59%來自CD8GZMH細(xì)胞，21%來自CD8GZMK細(xì)胞。在CD8GZMH亞群中，表達(dá)細(xì)胞毒性基因表達(dá)特征的細(xì)胞的擴增比例大約是表達(dá)ISG特征的細(xì)胞的四倍(3)。在評論這些T細(xì)胞特征時，作者指出，“顆粒酶H的功能尚未充分鑒定，但之前的研究表明它在啟動T細(xì)胞的caspase依賴性凋亡和啟動NK細(xì)胞的caspase依賴性凋亡中發(fā)揮不同作用……GZMH+ CD8+ T細(xì)胞的顯著克隆擴增，特別是在細(xì)胞毒性亞群中，表明這些細(xì)胞在SLE中發(fā)揮致病作用。”

Perez等人主要關(guān)注狼瘡患者和健康對照在免疫圖譜上的整體差異。他們對11種已鑒定的循環(huán)免疫細(xì)胞類型進(jìn)行了差異基因表達(dá)分析。結(jié)果顯示，302個基因在SLE病例和對照之間的至少一種細(xì)胞類型中存在差異表達(dá)。其中，238個是之前未描述過的成人SLE的差異表達(dá)基因，而56個是骨髓特異性的(3)。

圖中顯示了血液中的免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞類型。圖片來源：Rühle等人。https://www.researchgate.net/figure/Schematic-overview-of-the-34-immune-cell-and-3-non-immune-cell-subsets-that-can-be_fig12_306074018

這項分析還突出了六個獨特的基因表達(dá)模塊——例如Panup模塊，一組ISG在所有細(xì)胞類型中都上調(diào)；Myeup模塊，這個骨髓特異性的模塊表達(dá)IFITM3，它之前被歸類到兒科SLE。重要的是，利用這些模塊可對SLE病例和對照進(jìn)行分層以及對疾病發(fā)作的患者進(jìn)行分層。總之，這些發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著我們對定義狼瘡免疫圖譜和不同臨床表現(xiàn)的分子特征的基本認(rèn)識有了巨大飛躍。

當(dāng)群體遺傳學(xué)遇到單細(xì)胞RNA-seq

在定義了狼瘡患者和健康受試者外周免疫圖譜中的細(xì)胞類型特異性表達(dá)特征后，研究小組希望將他們的結(jié)果與更深層次的生物學(xué)相整合：基因組。他們是否能找到一些潛在的疾病相關(guān)遺傳變異，這些變異引起了他們觀察到的自身免疫性疾病的細(xì)胞和轉(zhuǎn)錄組特征？

他們的方法使用了基因分型數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)生成了表達(dá)數(shù)量性狀基因座（eQTL）的讀數(shù)，也就是解釋mRNA表達(dá)水平差異的基因座。局部或cis-eQTL位于產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄物的基因附近的非編碼區(qū)。根據(jù)Sumida和Hafler的說法，“非編碼區(qū)內(nèi)有許多常見的等位基因變異，它們的影響很小，并具有復(fù)雜的相互作用，高度依賴于細(xì)胞類型和細(xì)胞狀態(tài)”(4)，因此擁有細(xì)胞類型特異性的基因表達(dá)讀數(shù)就變得更加重要，可用于變異的映射。

在SLE樣本最主要的八種細(xì)胞類型中，Perez等人鑒定出535個至少有一種細(xì)胞類型特異性cis-eQTL的基因以及1,207個存在共享cis-eQTL的基因(2)。接著，他們將SLE的GWAS數(shù)據(jù)與這些基因座相整合，以確定哪些細(xì)胞類型中的cis-eQTL可能含有疾病相關(guān)GWAS關(guān)聯(lián)。結(jié)果顯示經(jīng)典單核細(xì)胞和B細(xì)胞含有的GWAS鑒定出的SLE變異最多，進(jìn)一步強調(diào)了這些細(xì)胞可能在疾病發(fā)生中發(fā)揮作用。更廣泛地說，總共有七個與SLE疾病相關(guān)的基因座與細(xì)胞類型特異性的cis-eQTL定位相同，包括17q21，這個基因座之前與哮喘、克羅恩病和1型糖尿病相關(guān)聯(lián)(3)。

Yazar等人采用了群體規(guī)模的方法，將大樣本隊列的單細(xì)胞eQTL數(shù)據(jù)與七種常見的自身免疫性疾病（包括狼瘡）的GWAS數(shù)據(jù)相整合。他們發(fā)現(xiàn)19%的cis-eQTL與GWAS風(fēng)險關(guān)聯(lián)有著相同的因果基因座，并發(fā)現(xiàn)了305個特定基因座，它們通過特定細(xì)胞類型和亞群的基因表達(dá)變化引起自身免疫性疾病。這包括一些共享的因果基因座，其中38.4%位于主要組織相容性復(fù)合物區(qū)域以外(5)。

這兩項分析強調(diào)了將基因組和轉(zhuǎn)錄組技術(shù)相結(jié)合的潛力，這不僅能互相提供信息，還能更深入地注釋與疾病相關(guān)的風(fēng)險基因座，不僅將遺傳變異映射到致病基因，還映射到驅(qū)動疾病發(fā)生的特定細(xì)胞類型和通路。有了這份疾病潛在機制的高分辨率視圖，未來有望改善狼瘡等自身免疫性疾病的診斷和治療。

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參考文獻(xiàn)：

1. https://www.cdc.gov/lupus/facts/detailed.html#sle

2. Suárez-Fueyo A, et al. T cells in systemic lupus erythematosus. Curr Opin Immunol 43: 32–38 (2016). doi: 10.1016/j.coi.2016.09.001

3. Perez R, et al. Single-cell RNA-seq reveals cell type-specific molecular and genetic associations to lupus. Science 376: eabf1970 (2022). doi: 10.1126/science.abf1970

4. Sumida T and Hafler D. Population genetics meets single-cell sequencing. Science 376: 134–135 (2022). doi: 10.1126/science.abq0426

5. Yazar S, et al. Single-cell eQTL mapping identifies cell type-specific genetic control of autoimmune disease. Science 376: eabf3041 (2022). doi: 10.1126/science.abf3041