文献解读 | 通过单细胞转录组测序揭示克罗恩病的免疫失调

克罗恩病(crohn disease,CD)是一种炎症性肠道疾病，多在末段回肠和邻近结肠发生病变。该病在欧美较为多见，且发病率呈上升趋势。克罗恩病有终生复发倾向，重症患者迁延不愈，预后不良。该病和遗传、免疫和环境等多种因素的复杂相互作用相关，但当前对克罗恩病的发病原因尚不清楚。

2023年2月14日，博德研究所的研究团队在 Immunity 上发表题为 The landscape of immune dysregulation in Crohn’s disease revealed through single-cell transcriptomic profiling in the ileum and colon 的文章，该文章通过单细胞转录组技术揭示了克罗恩病不同取样位置的细胞比例变化，通过对炎症性肠病相关风险基因的表达进行分析，发现其表达具有位置特异性。通过拟时序分析发现了肌成纤维细胞中胶原蛋白相关基因表达的调节因子。

01 TI和CO的细胞组成变化

为了剖析CD患者的细胞异质性，研究人员取CD患者炎症和非炎症的回肠末端（terminal ileum, TI）、结肠（ colon, CO），以及非炎症性肠病对照组的回肠末端和结肠进行了scRNA-seq，其中部分样本分离了上皮（epithelial, E）和固有层（lamina propria, L）。研究人员首先注释出三种主要的细胞类型，包括上皮、基质和免疫细胞，进一步精细注释出65种细胞亚群，并发现取样方法和组织状态/部位会影响样本的细胞组成，如疾病状态（健康、非炎症或炎症）有明显的划分。结合细胞比例和基因表达分析发现，和上皮细胞相比，CO中的T细胞和TI中的髓系细胞的重塑性更大。

02 炎症性肠病相关风险基因的表达具有位置特异性

接下来，研究人员为了探究疾病和炎症/非炎症状态是否对风险基因的表达产生影响，对既往研究中确定的炎症性肠病相关的风险基因进行分析，通过基尼系数量化细胞的基因表达特异性。风险基因集中的大多数基因对部分细胞类型如OGT+T细胞具有高度特异性，除了CARD9和IL2RA外，风险基因在TI和CO中的表达特异性比较一致。CARD9和先天免疫系统反应相关，在CO中主要在CD1D- DC中表达，在TI中的巨噬细胞中表达。IL2RA是IL-2的受体，在CO中的Tregs中特异性表达，在TI中主要在PLA2G2D+ 巨噬细胞中表达。进一步表征疾病组和对照组的风险基因表达，和对照组相比，疾病组结肠炎症和非炎症样本中风险基因的表达上调。对已报道的5个IBD相关基因座：IL10RA、DOK2、CCR7、PTAFR和PDLIM5进行分析，发现与对照组相比，炎症CO样本中高表达PDLIM5。通过对对照组的TI和CO分析发现， 风险基因在CO中的表达比TI更低。综上所述，炎症性肠病相关风险基因的表达具有位置特异性。

03 肠内分泌细胞的代谢变化

肠内分泌细胞（enteroendocrine cell, EECs）是启动肠道免疫反应的关键细胞类群，但由于其占比极低，很难在单细胞研究中进行分析。本研究中重点关注了TI，共鉴定出670个肠内分泌细胞，亚群细分后共分为8个细胞群。接下来通过细胞比例分析发现了占比高的两个亚群REG4+NPW+ EC和THP1+CES1+ EC，对其进一步做差异表达和富集分析，THP1+CES1+ EC高表达参与嘌呤代谢的ATIC和MTHFD1，二者在炎症和非炎症样本中均发生上调，和已报道的CD中嘌呤信号发生改变的结论一致。THP1+CES1+ EC和REG4+NPW+ EC，THP1+CES1+ EC和内质网应激相关，REG4+NPW+ EC在氧化磷酸化中负富集。

04 鉴定出肌成纤维细胞中胶原蛋白相关基因表达的调节因子

此前在细胞大群比例分析中发现，和对照及非炎症TI相比，炎症TI中HHIP+NPNT+肌成纤维细胞群比例增加。进一步地，研究人员将两群肌成纤维细胞可视化，发现HHIP+NPNT+肌成纤维细胞高表达COL18A1和COL23A1，二者和细胞外基质沉积相关。胶原蛋白相关基因在GREM1+GREM2+肌成纤维细胞中表达极低。拟时序分析发现存在胶原阴性GREM1+GREM2+肌成纤维细胞到胶原阳性HHIP+NPNT+肌成纤维细胞的发育轨迹。筛选关键的拟时变化相关基因，通过siRNA试验和免疫荧光染色发现，CHMP1A、TBX3和RNF168的敲低显著影响了胶原蛋白相关基因的表达和胶原蛋白的产生。

结论和意义

该研究通过单细胞转录组技术构建了克罗恩病的单细胞图谱，是迄今为止最大的克罗恩病研究队列。该研究发现和上皮细胞相比，CO中的T细胞和TI中的髓系细胞的重塑性更大，炎症性肠病相关风险基因的表达具有位置特异性，CHMP1A、TBX3和RNF168是肌成纤维细胞中胶原蛋白相关基因表达的主要调节因子。该研究为解析克罗恩病的细胞调控机制以及治疗方案的开发提供了数据支持。

参考文献：

Kong L, Pokatayev V, Lefkovith A, Carter GT, Creasey EA, Krishna C, Subramanian S, Kochar B, Ashenberg O, Lau H, Ananthakrishnan AN, Graham DB, Deguine J, Xavier RJ. The landscape of immune dysregulation in Crohn's disease revealed through single-cell transcriptomic profiling in the ileum and colon. Immunity. 2023 Feb 14;56(2):444-458.e5. doi: 10.1016/j.immuni.2023.01.002. Epub 2023 Jan 30. PMID: 36720220; PMCID: PMC9957882.