《Nature | 词典级全免疫细胞-全细胞因子互作响应测序集》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2023-12-08
  • 2023年12月6日,,broad研究所Nir Hacohen和Ang Cui共同通讯在Nature发表题为Dictionary of immune responses to cytokines at single-cell resolution的文章。作者生成了一个庞大的单细胞RNA测序数据集,对小鼠淋巴结中的17种免疫细胞类型对86种细胞因子的反应进行了详细描述。这个全面的“免疫词典”揭示了每种细胞因子诱导的每种免疫细胞类型特异性转录组变化,提供了细胞因子多效性的全局视角,并为推断任何反应底层的免疫细胞相互作用奠定了基础。

    对词典的分析显示,大多数细胞因子(如IL-1β)在每种免疫细胞类型中触发了不同的反应。虽然I型干扰素诱导通用的抗病毒程序,但IL-1细胞因子引发了细胞类型依赖的具体响应:中性粒细胞炎症、DC迁移、Treg抑制等。这解释了细胞因子的多效性。

    作者利用词典系统地表征了各种细胞类型中由细胞因子驱动的极化状态,鉴定出了60多种状态,包括IL-18诱导的多功能NK细胞等。即使在没有抗原受体信号的情况下,作者也观察到了这种可塑性。这些对环境信号引起的状态的参考图推进了学界对免疫细胞激活的认识。

    作者绘制的细胞因子产生和反应的图谱量化了细胞因子网络中罕见细胞的作用,并揭示了广泛的互连性——大多数细胞可以影响和响应大多数其他细胞。作者还开发了一种免疫应答富集分析计算方法,用于推断转录组中的细胞因子活性和免疫细胞极化。该算法应用于抗PD1治疗揭示了巨噬细胞和NK细胞的预期极化,突显了这种方法在推断任何免疫反应底层的细胞间通信方面的实用性。总之,这个强大的体内细胞因子反应的单细胞词典为深入了解细胞因子功能提供了新的见解,为推断各种免疫背景下的细胞间网络奠定了基础。


  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-023-06816-9
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    • 单细胞转录组数据:分别从10个COVID-19和5个健康个体中获得PBMC细胞后,进行单细胞转录组分析,同时分析了BCR和TCR,患者来自于恢复期患者。根据基因的特异性表达,将PBMC中的细胞分为三种来源的免疫细胞:髓系细胞、NK和T细胞以及B细胞。进一步对其进行划分,共计获得20种不同的免疫细胞cluster。 首先对三种大类免疫细胞在COVID-19患者中的变化进行分析,结果表明相对于健康个体,患者中髓系细胞的比例显著增加,NK和T细胞的比例降低,同时发现在恢复后期患者中B细胞以及NK和T细胞的比例高于恢复早期患者,但是髓系细胞的比例低于恢复早期患者。以上结果表明在感染患者PBMC中淋巴细胞和髓系细胞的比例具有显著的变化。同时作者分析了在感染前后不同免疫细胞的基因表达差异分析,结果表明在患者免疫细胞中炎症因子和趋化因子显著增加。 接下来作者对髓系细胞进行分析,根据特异性基因的表达,将髓系细胞分为6种细胞,分别命名为Classical CD14++ monocytes (M1),non-classical CD16++ (FCGR3A) CD14−/+ monocytes (M2),intermediate CD14++ CD16+ monocytes (M3),CD1C+ cDC2 (M4), CLEC9A+ cDC1 (M5)和 pDC(CLEC4C+CD123+) (M6) 。接下来作者分别对比了不同髓系细胞在感染前后的变化,结果发现M1在恢复早期患者种显著高于健康个体,同时发现CD14+细胞中IL-1β和TNF显著增加。进一步发现在患者中促炎因子和干扰素刺激基因显著增加,但是一炎基因显著降低。同时对比了恢复前后期IL-1β的变化情况,结果表明在前期显著增加,后期降低。同时对M1高表达基因进行功能通路富集,发现与细胞因子信号和炎症因子激活相关。 接下来作者对NK细胞和T细胞进行分析,根据基因表达差异分析,将其分为 不同的10个细胞亚群,包括2种不同的NK细胞亚群和8种不同的T细胞。分别比较了在感染前后不同细胞亚群的变化情况,在患者中效应CD8+ T细胞核NK细胞显著降低,CD4+ T细胞比较稳定。接下来作者分析了在不同NK和T细胞中基因表达差异,发现在感染患者中炎症相关因子和干扰素刺激基因显著增加,与髓系细胞类似。同时根据TCR测序分析发现在恢复早期患者中T细胞的增殖显著降低。 接下来作者对PBMC中B细胞亚群进行分析,根据基因特异性表达,将B细胞分成4个不同的cluster,并根据基因表达进行定义,并对比了患者和健康个体之间的差异,发现浆细胞在患者中显著增加,但是naive B细胞显著降低。同时发现在恢复早期患者的MPB细胞中B细胞活化相关基因在感染患者中显著增加,在浆细胞和抗体分泌细胞中也存在相同的现象,说明抗体分泌细胞在病毒感染过程中发挥关键的功能。同样的,作者分析了不同B细胞亚群基因表达分析,发现相对于健康个体,患者中炎症因子显著增加。 最后作者研究在感染患者中PBMC中各种细胞之间的相互关系来分析以上发现的在患者中不同细胞亚群发生的变化。在感染患者中发现了单核细胞活化,增殖以及炎症相关的信号,同时发现T细胞-单核细胞之间的相互作用可能在提高患者免疫应答中发挥重要作用。
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