動脈粥樣硬化中的免疫細胞包括 T、B劈狐、NK 和 NKT 細胞罐孝、巨噬細胞、單核細胞肥缔、樹突狀細胞莲兢、中性粒細胞和肥大細胞。單細胞轉(zhuǎn)錄組測序(scRNA-seq)技術(shù)的進展使我們對免疫細胞亞群的認識更加完善辫继。最近的研究已經(jīng)在人類動脈粥樣硬化病變和 PBMC 樣本中使用了免疫細胞的 scRNA-seq怒见,研究證實了已知的細胞亞群俗慈,也識別出的新的免疫細胞亞群姑宽,鑒定出 HIV+?患者的 PBMC 中顯著上調(diào)基因。在這篇綜述中闺阱,總結(jié)了 scRNA-seq 在動脈粥樣硬化患者的斑塊和 PBMC 中獲得的最新數(shù)據(jù)炮车。
【發(fā)表期刊】Cardiovascular Research(IF: 14.919)
【發(fā)布時間】2021年11月
【影響因子】10.787
【發(fā)表單位】美國加州拉霍亞免疫學(xué)研究所
1. 心血管疾病中的免疫細胞
心血管疾病仍然是世界范圍內(nèi)的主要死亡原因,僅次于癌癥和 COVID-19酣溃。心血管疾病是一個廣泛的術(shù)語瘦穆,包括中風(fēng)、心肌梗死(MI)或外周動脈疾病赊豌。這篇綜述關(guān)注的是動脈粥樣硬化扛或,它是大多數(shù)心血管疾病的罪魁禍?zhǔn)住用}粥樣硬化是一種慢性炎癥性動脈疾病碘饼,與血脂和低密度脂蛋白(LDL)膽固醇升高有關(guān)熙兔。雖然高膽固醇血癥是疾病發(fā)生的必要條件悲伶,但免疫機制在病變的發(fā)展、進展和易感性中起著關(guān)鍵作用住涉◆镲保【1】易損性是指病變有破裂或侵蝕的傾向,這與斑塊帽厚度和免疫細胞含量有關(guān)舆声』ǔ粒【2】
2017年,Canakinumab Antiinflammatory Thrombosis Outcome Study(CANTOS)首次證明媳握,通過抑制炎癥反應(yīng)可以降低動脈粥樣硬化心血管事件的風(fēng)險碱屁。【3】在 CANTOS 中蛾找,一種靶向白介素 IL-1β?的單克隆抗體(canakinumab)被用于有 MI 病史和殘留炎癥風(fēng)險的患者忽媒。接受 canakinumab 的患者經(jīng)歷動脈粥樣硬化心血管事件的相對風(fēng)險降低了15%,同時血液 hsCRP 和 IL-6 顯著降低腋粥。重要的是晦雨,血脂,包括 LDL 膽固醇隘冲,不受抗 IL-1β 治療的影響闹瞧,強調(diào)了 canakinumab 的特異性抗炎作用。這項研究為尋找更有效展辞、更有針對性和更安全的治療動脈粥樣硬化中殘余炎癥風(fēng)險鋪平了道路奥邮。
2. 動脈粥樣硬化免疫細胞的異質(zhì)性
對動脈粥樣硬化病變中免疫細胞異質(zhì)性的研究始于20世紀(jì)80年代的免疫染色,當(dāng)時可以對兩種標(biāo)記物進行染色罗珍。組織中的免疫染色最近被細化到可以分辨大約16種標(biāo)記物洽腺。流式細胞術(shù)于2006年被引入動脈粥樣硬化的研究,標(biāo)志物的范圍得到擴展覆旱。隨著技術(shù)發(fā)展蘸朋,細胞質(zhì)譜(CyTOF)可以檢測大約40個標(biāo)記。本文聚焦目前可用的最高分辨率的方法:單細胞轉(zhuǎn)錄組測序(scRNA-seq)扣唱、單細胞表面蛋白測序(多達200個抗體)藕坯、單細胞免疫組庫。
3.人類動脈粥樣硬化病變的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序
以下匯總了動脈粥樣硬化患者的斑塊和/或 PBMC 中免疫細胞的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)噪沙×侗耄【17-20】圖1顯示了動脈粥樣硬化動脈中小鼠和人髓系細胞在同一 UMAP 中的整合。這三項研究【17, 18, 20】的主要目標(biāo)是將 scRNA-seq 特征與心血管事件聯(lián)系起來正歼。一項研究【20】聚焦于發(fā)現(xiàn)白細胞亞群異質(zhì)性及其轉(zhuǎn)錄組特征辐马。三項研究集中在免疫細胞亞群,而 Wirka 等【18】主要涉及平滑肌細胞(SMC)表型局义。表1概述了這些研究的技術(shù)比較喜爷。近年來膜楷,從血管中分離免疫細胞的技術(shù)挑戰(zhàn)包括酶消化、雙細胞贞奋、死亡細胞赌厅、細胞應(yīng)激、批次效應(yīng)等轿塔√卦福【26-30】?酶促的組織消化和機械的組織分解可能導(dǎo)致某些細胞類型的不均勻損失,這可能解釋了在整個研究中觀察到的可變性勾缭。T 細胞比體積大而脆弱的巨噬細胞或樹突狀細胞更能在分離過程中存活下來揍障。酶消化過程中的細胞應(yīng)激反應(yīng)會影響研究結(jié)果。scRNA-seq 主要產(chǎn)生高表達基因俩由,系統(tǒng)缺失低表達基因毒嫡。由于消化程序、樣本類型和樣本收集方面的差異幻梯,以及實驗差異兜畸,對這些研究進行直接比較具有挑戰(zhàn)性。人動脈粥樣硬化動脈主要免疫細胞亞群的關(guān)鍵標(biāo)記基因如圖2所示碘梢。
表1人類 scRNA-seq 研究的技術(shù)信息
人類斑塊 scRNA-seq 的基礎(chǔ)文章【17】分析了通過頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)獲得的人類斑塊和匹配的 PBMC 中的白細胞咬摇。頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)樣本含有斑塊、纖維帽煞躬,有時也有頸動脈中層的一部分肛鹏,但沒有外膜。用 10x Genomics 3’ scRNA-seq 聯(lián)合表面抗體分析了來自同一患者的 PBMC(1654個細胞)和頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)樣本(254個細胞)恩沛。另外4例無癥狀和2例有癥狀的頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)樣本采用3’ scRNA-seq 進行分析在扰。
作者在斑塊和血液中發(fā)現(xiàn)了16個 T 細胞群(表2)。出乎意料的是雷客,CD8+?T 細胞主要在斑塊(46%)中富集芒珠。血液 T 細胞轉(zhuǎn)錄組主要富集靜息 CD4+?T 細胞,表達抑制 T 細胞功能的基因(KLF2?和?TXNIP)佛纫。斑塊 T 細胞表達的基因與 T 細胞活化(NFATC2妓局,FYN,ZAP70)呈宇、細胞毒性(GZMA,GZMK)和 T 細胞衰竭(EOMES局雄,PDCD1甥啄,LAG3)相關(guān)。斑塊 CD4+?T 細胞處于激活的促炎狀態(tài)炬搭。
表2人 scRNA-seq 檢測的免疫細胞亞群
雖然表面抗體檢測只在一個斑塊樣本中使用蜈漓,但它識別出5個不同的巨噬細胞亞群穆桂。Cluster 1表達了參與巨噬細胞激活的基因(HLA-DRA?和?CD74)。Cluster 2高度炎癥融虽,表達的基因參與炎癥反應(yīng)(CYBA享完,LYZ,S100A9/8有额,AIF1)般又,Toll 樣受體結(jié)合(S100A9/8),氧化還原酶活性(CYBA)和金屬蛋白酶抑制(IMP1)巍佑。cluster3 中上調(diào)的基因參與促炎癥反(JUNB,?NFKBIA)茴迁,高表達?MALAT1。這些細胞群可能與小鼠動脈粥樣硬化中發(fā)現(xiàn)的炎性巨噬細胞相關(guān)(圖1)【16】萤衰。Cluster 5 表達的基因參與膽固醇攝取和代謝(APOC1,?APOE)和脂質(zhì)積累(PLIN2)堕义,類似于小鼠動脈粥樣硬化中的?TREM2?泡沫細胞〈喽埃【16】這些巨噬細胞顯示出促炎信號減弱(IL-1, IFN)倦卖,這與泡沫細胞的抗炎性質(zhì)一致。共46個樣本(29個來自無癥狀患者椿争,17個來自有癥狀患者)進行了細胞質(zhì)譜檢測【13糖耸,14】,僅獲得2個可區(qū)分的巨噬細胞亞群丘薛。在 CyTOF 中使用和挑選的標(biāo)記的數(shù)量嘉竟,盡管提供了信息,但比在 scRNA-seq 中要少洋侨,這導(dǎo)致了免疫細胞亞群的分辨率較低舍扰。Vallejo【20】等在32個樣本上使用了40種寡核苷酸標(biāo)記的抗體,從而將類似于 CyTOF 的精確細胞表面表型與轉(zhuǎn)錄組結(jié)合起來希坚。
Wirka等【18】使用了從移植心臟分離的人冠狀動脈細胞边苹。與頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)樣本不同,這些樣本包括外膜細胞裁僧。這項研究主要集中在 SMCs 和成纖維細胞樣細胞(fibromyocyte)个束,但這里只回顧了發(fā)現(xiàn)的免疫細胞亞群(巨噬細胞、T 細胞聊疲、B 細胞和 NK 細胞)茬底。作者使用了 10x Genomics 平臺和 PE150 測序急迂。過濾少于500個基因的細胞和少于5個細胞表達的基因漩氨。通過丟棄含有超過3500個基因的細胞砍的,可以減少雙細胞歧焦。線粒體基因含量在7.5%以上的細胞被認為是死細胞蟆豫。作者鑒定了7個免疫細胞群:表達?RNASE1丐一、C1QA凫岖、C1QC汪疮、C1QB?和?CD14?的巨噬細胞;表達?IL32爱致、TRAC烤送、IL7R、CCL5?和?CD3D?的 T 細胞糠悯;表達?CD79A帮坚、CD37、MS4A1逢防、LTB叶沛、CD52?的 B 細胞;表達?IGHM忘朝、JCHAIN灰署、IGLC3、IGHV3-73局嘁、MZB1?的?IgM?漿細胞溉箕;表達IGHG2、IGHGP悦昵、MZB1肴茄、DERL3?的?IgG?漿細胞;表達?NKG7但指、GNLY寡痰、PRF1、GZMB棋凳、CCL5?的 NK 細胞拦坠;表達?TPSAB1、CPA3剩岳、C1orf186贞滨、SLC18A2、MS4A2?的肥大細胞拍棕。
關(guān)于人類斑塊 scRNA-seq 的第三篇文章發(fā)表于2020年12月晓铆。斑塊來自于頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù),14名男性和4名女性绰播。Depuydt 等【19】使用 CD3骄噪、CD68、CD34 和抗 SMC 抗體對三個匹配的樣本進行免疫組化分析幅垮。在這四種抗體范圍內(nèi)腰池,免疫熒光數(shù)據(jù)與 scRNA-seq 數(shù)據(jù)一致尾组。CEL-Seq2 技術(shù)提供的轉(zhuǎn)錄組深度比 10× Genomic 技術(shù)要深得多忙芒,但成本高得多示弓,捕獲的細胞也少得多。作者著重研究了斑塊中不同細胞類型的特異性基因或與冠狀動脈疾病相關(guān)的基因呵萨。在確定的11個免疫細胞群中奏属,5個是淋巴細胞群,5個是髓細胞群潮峦,1個無法確定囱皿。共使用7種不同的抗體(CD45-PECy7、CD3-BV421忱嘹、CD4-PETR嘱腥、CD28-BV650、Granzyme B-PE拘悦、TruStain Fcx 和 Fixable Viability Dye-eFluor 780)將細胞分選到孔中齿兔。
作者發(fā)現(xiàn)了 CD4+?T 細胞的五個亞群(圖2)。兩個亞群具有細胞毒性础米,其中一個亞群表達PRF1分苇、GZMA?和?GZMK,但很少表達?CD28屁桑,這表明這些細胞可能是 CD4+??CD28null39医寿,另一個亞群表達?GZMA、GZMK?和?CD28蘑斧。CD4+??初始 T 細胞的一個亞群表達?IL7R靖秩、LEF1?和?SELL。通過?FoxP3竖瘾、IL2RA?和?CTLA4?鑒定出 CD4+?調(diào)節(jié)性 T 細胞沟突;CD4+?中心記憶 T 細胞表達?LEF1、IL7R?和?SELL准浴。CD8+?T細胞的三個亞群中事扭,GZMK+?效應(yīng)記憶T細胞表達GZMK,GZMA?和?CD69乐横;終末分化細胞毒性 CD8+?T 細胞亞群表達?GZMB求橄,TBX21,NKG7葡公,GNLY罐农,ZNF683?和?CX3CR1,缺乏?CD69催什;CD8+?中央記憶 T 細胞表達?LEF1涵亏,SELL,IL7R?和?LTB。
在最初的聚類中气筋,Depuydt 等【19】發(fā)現(xiàn)了5個髓系細胞群:由?HDC拆内、KIT、CMA1宠默、TPSAB1?鑒定的肥大細胞群和4個表達?CD14?和?CD68?的細胞群麸恍。這四個群進一步細分,獲得五種不同的巨噬細胞搀矫。2個炎性巨噬細胞亞群分別表達?IL1B抹沪、CASP1、CASP4瓤球、KLF4?和?KLF4融欧、IL1B、TLR4卦羡、ABCA1噪馏、TNF、IL18虹茶、CD9逝薪,分別命名為 IL1B+?和 TNF+?炎性巨噬細胞。ABCG1+泡沫巨噬細胞表達?ABCA1蝴罪、ABCG1董济、MMP9、OLR1要门、TREM2虏肾、CD9、ACTA2欢搜、LGALS3封豪、CD68、IL18?和?CD9炒瘟。CD1c+?樹突狀細胞亞群表達?CD1c吹埠、CLEC10A?和?FCER1A。
與 Fernandez【17】和 Winkels【14】等人的研究一樣疮装,T 細胞占分析細胞的大多數(shù)(52%)缘琅,而髓系細胞僅占19%。對 Winkels 小鼠數(shù)據(jù)【14】和其他8個小鼠數(shù)據(jù)【16】的薈萃分析表明廓推,T細胞的富集是由于髓系細胞的缺失刷袍,很可能是由樣品消化過程引起的。巨噬細胞不如圓形淋巴細胞耐消化處理樊展,因此呻纹,F(xiàn)ernandez【17】和 Depuydt【19】等人發(fā)現(xiàn)的髓系細胞的比例低堆生,巨噬細胞會優(yōu)先缺失。此外雷酪,頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)樣本缺乏大部分中膜和所有外膜淑仆,而這些正是巨噬細胞存在的地方。
最近的關(guān)于動脈粥樣硬化的 scRNA-seq 研究【20】是對31名女性受試者的 PBMC 樣本進行的太闺,其中16人有亞臨床動脈粥樣硬化糯景,由頸動脈超聲確定嘁圈。在31名被研究的女性中省骂,有24人攜帶艾滋病毒,大多數(shù)人的病毒載量無法檢測到最住。該研究使用 BD Rhapsody 檢測485個基因和40個抗體钞澳。總共獲得了32000個細胞涨缚,鑒定出58個不同的亞群轧粟,包含CD4+?T 細胞、CD8+?T 細胞脓魏、B 細胞兰吟、NK 細胞和單核細胞。為了檢測心血管疾病的變化茂翔,他們分析了患有和不患有心血管疾病的受試者之間的基因變化混蔼。所有這些受試者都是 HIV 陽性。
在 CD4+?效應(yīng)記憶 T 細胞中珊燎,CVD 組?IL-32?顯著升高惭嚣。IL-32 是一種炎癥細胞因子,已知在心血管疾病中起重要作用悔政。在 CD4+?初始 T 細胞中晚吞,IL-32、SELL谋国、SELPLG?和?CCR7?在 CVD 組中也顯著增加槽地。其中一個 CD4+?效應(yīng)記憶 T 細胞顯示?TRAIL?的顯著上調(diào)。在 CD8+終末分化記憶T細胞芦瘾,IL32?在 CVD 女性患者中較高捌蚊,在 CD8+?初始 T 細胞群中也是如此。在一個 EMRA CD8+?T 細胞群中旅急,CD52逢勾、TRAC?和?HOPX?在 CVD 組顯著上調(diào),一些殺傷細胞凝集素受體(KLRC4藐吮、KLRD1溺拱、KLRG1?和?KLRK1)也在 CVD 組上調(diào)逃贝。趨化因子 CCL5 及其主要受體 CCR5 參與動脈粥樣硬化、心肌梗死的發(fā)展迫摔。CCL5 編碼趨化因子 RANTES沐扳,已知在動脈粥樣硬化中起重要作用。CCL5 或其受體在動物模型中有助于減少新內(nèi)膜形成句占,巨噬細胞浸潤以及動脈粥樣硬化斑塊的形成沪摄。在一些研究中,CCL5 也被用作可能的 CVD 生物標(biāo)志物纱烘。最后杨拐,在 CD8+?效應(yīng)記憶 T 細胞中,CVD 與?IL32擂啥、TRAC哄陶、HOPX、CCL5?和殺傷凝集素受體?KLRK1哺壶、KLRC4屋吨、KLRD1?顯著升高相關(guān)。
在一個典型單核細胞群中山宾,CVD 與?CCL4至扰、SLC2A3、SOD2?和?SELPLG?顯著增加相關(guān)资锰。在另一個經(jīng)典單核細胞群中敢课,TNF、DUSP1台妆、TRAIL翎猛、APRIL?和?BAFF?與 CVD 高度相關(guān)。CCL3接剩、CCL4切厘、IL1B、TLR2?和?DUSP2懊缺,已知與動脈粥樣硬化相關(guān)疫稿,在CVD組的第三個經(jīng)典單核細胞群高度上調(diào)。
4.總結(jié)
在沒有表面標(biāo)記物的情況下鹃两,使用 scRNA-seq 轉(zhuǎn)錄組來區(qū)分 CD4+?T 細胞和 CD8+?T 細胞仍然具有挑戰(zhàn)性遗座。細胞表面表型信息的添加大大提高了免疫細胞的識別, Fernandez 等人【17】(21個寡核苷酸標(biāo)記抗體)和 Vallejo 等人【20】(40個寡核苷酸標(biāo)記抗體)闡述了這項技術(shù)的力量】“猓現(xiàn)在途蒋,多達 200 種抗體可用于人類和小鼠細胞,與 scRNA-seq 結(jié)合馋记,將提高免疫細胞亞群的分辨率号坡,并增加發(fā)現(xiàn)新細胞亞群的機會懊烤。為了研究動脈粥樣硬化特征基因,必須包含健康對照宽堆,這在基于內(nèi)膜切除術(shù)的研究中是不可能的腌紧,但可以使用 PBMC 和移植心臟的非動脈粥樣硬化冠狀動脈。scRNA-seq 結(jié)合細胞表面表型將提高人類動脈粥樣硬化免疫細胞圖譜的分辨率和質(zhì)量畜隶。
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