文獻(xiàn)學(xué)習(xí)021--[sc]單細(xì)胞測序揭示心梗后的心臟免疫動態(tài)變化

前幾天剛剛發(fā)在Small Methods(IF: 14.188)上的文章

1. Temporal Immune Composition in the Heart by Single-Cell RNA Sequencing after MI

Fig 1A:分選了sham和MI后d3 (急性炎癥期),d7 (急性炎癥期)和d14小鼠 (重構(gòu)期)心臟中的免疫細(xì)胞,進(jìn)行了10x單細(xì)胞測序
Fig 1B:4個時間點的HE染色(MI后3d的小鼠心臟炎癥浸潤這么重的哦?)
Fig 1C:質(zhì)控后得到17932個細(xì)胞塘匣,分為7個群
Fig 1D:七個群的marker基因熱圖丰包,分的還是很開的
Fig 1E:7類免疫細(xì)胞的比例圖褒纲。可以看到d3時巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞數(shù)量和比例達(dá)到最高,d7時T細(xì)胞模孩、B細(xì)胞、中粒細(xì)胞顯著增加贮缅,d14時免疫細(xì)胞比例已恢復(fù)到與Sham沒有明顯差別榨咐,表明疾病的成功控制。

小結(jié):這些結(jié)果心梗后(days 0–14), 不同時間點心臟浸潤著不同的免疫細(xì)胞亞群谴供,并通過不同的功能對心梗作出反應(yīng)块茁。

2. Defining Cardiac Macrophage Subsets with Distinct Functions at All Time Points

前面的結(jié)果提示,MI各個時期巨噬細(xì)胞都是占比最多的免疫細(xì)胞桂肌。由于巨噬細(xì)胞具有高度異質(zhì)性数焊,作者對單核巨噬細(xì)胞進(jìn)行了重新聚類。
Fig 2A:重新聚類得到了12個cluster(一小群細(xì)胞因為不表達(dá)特異性的基因被去除)崎场,也沒有做注釋佩耳,就直接用數(shù)字命名的。
Fig 2B:每個cluster的特異基因(這個圖谭跨,很熟悉嘛)
Fig 2C:MHCII和Ccr2的表達(dá)干厚,區(qū)分組織原位巨噬還是外周趨化來的巨噬。參考單核巨噬細(xì)胞螃宙。MP1-4群是MHChigh的蛮瞄,四群中只有MP4是低表達(dá)Ccr2的,但是這一群也和MP1一樣表達(dá)很多inflammatory features (Ccl5, Cxcl9, Gpb2, Ly6a, Ly6i, Cfb, etc.)
Fig 2D:12群細(xì)胞的比例和數(shù)量變化谆扎。(??學(xué)習(xí)怎么給每個群講出意義)
可以觀察到Ccr2+巨噬細(xì)胞中挂捅,MP2和MP3在MI后3天出現(xiàn)擴(kuò)增,MP4則在隨后的時間點出現(xiàn)擴(kuò)增(d7)堂湖,提示MHChigh的細(xì)胞群主要起到促炎功能而且在疾病進(jìn)程的不同時間點功能不同籍凝。
MP5和MP6都富集到白細(xì)胞遷移和趨化,但這兩群Ccr2的表達(dá)不同苗缩。高表達(dá)Ccr2的MP5在d3顯著上升饵蒂,提示它是MI后的一個經(jīng)典促炎性細(xì)胞群。而低表達(dá)Ccr2的MP6則展示出更復(fù)雜的功能酱讶,包括抑炎性基因的表達(dá) (Gpnmb和Hmox1)退盯,iron storage相關(guān)基因Ftl以及fatty acid (FA) binding protein 4 (Fabp4)和Fabp5的表達(dá)。這群細(xì)胞在d3時也出現(xiàn)了大量擴(kuò)增。
MP7-10這四個群的MHC和Ccr2的表達(dá)都比較低渊迁,因此可能是組織原位巨噬細(xì)胞慰照。MP7的差異基因富集到protect against host cell damage,而且在d7時出現(xiàn)擴(kuò)增琉朽。MP7特異性表達(dá)編碼抗氧化酶的基因(Sod2和Prdx1)毒租,MP8表達(dá)組織原位巨噬細(xì)胞的marker(Selenop, Mrc1和Cd163),這一群也是d3時候擴(kuò)增箱叁。MP9和MP10的功能與組織完整性和修復(fù)有關(guān)墅垮,但是MP9表達(dá)angiogenesis的多種基因如Fn1, Slc7a2和Sdc3,MP10則表達(dá)多種膠原相關(guān)基因如Col3a1, Col1a2, Col1a1, Dcn和Bgn耕漱,這一群在MI后d14出現(xiàn)擴(kuò)增算色。
MP11群高表達(dá)細(xì)胞周期和增值基因 (Stmn1, Birc5, Top2a和Ube2c)。
Fig 2E:有趣的是螟够,盡管MP6-9被定義為Ccrlow群 (Fig 2C)灾梦,它們在day3的時候也表達(dá)一定量的Ccr2 (Figure S4E)。最后作者用免疫熒光驗證了Ccr2+巨噬細(xì)胞在MI后3天大量出現(xiàn)妓笙。

3. Dynamic Variation in Macrophage Subsets after MI

為了理解巨噬細(xì)胞的動態(tài)變化若河,作者對幾個MP細(xì)胞群做了擬時序。

Fig 3A:幾個MP cluster的monocle3擬時序寞宫。整體上擬時間軸是從單核細(xì)胞--MHChigh sets--resident-like or postinfarction sets萧福。
Fig 3B:分時間點的monocle圖,也就是把A圖按時間點分開展示淆九。Figure 2D提示在MI的d3 (急性炎癥期)统锤,MP5和6群擴(kuò)增顯著,monocle則可以幫助判斷這兩群細(xì)胞的來源炭庙。由于MP5高表達(dá)Ccr2而且分化軌跡緊挨在單核細(xì)胞后饲窿,所以可能是單核細(xì)胞分化而來。MP6處于分化軌跡的遠(yuǎn)端焕蹄,而且似乎和MP8具有分化關(guān)系逾雄,提示這個細(xì)胞群可能由血液循環(huán)單核和擴(kuò)增的組織原位細(xì)胞群共同分化而來。
Fig 3C:MP1顯示出促炎功能而且主要在正常心臟中存在腻脏,而且在d3時降低鸦泳。MP2和MP3則出現(xiàn)了擴(kuò)增。所以作者做了這三群細(xì)胞的monocle2擬時續(xù)永品,發(fā)現(xiàn)它們可能存在潛在分化關(guān)系做鹰,因此推斷MP2和MP3可能由MP1分化而來,而不是單核鼎姐。
Fig 3D:擬時差異基因和通路富集結(jié)果钾麸。

總結(jié):d3時MP5和6群出現(xiàn)大量擴(kuò)增更振,擬時序提示這兩群時單核分化而來,功能主要與leukocyte extravasation饭尝,可能參與疾病進(jìn)程肯腕。而d7時候,postinfarction subsets幾乎消失而MP1和4增加钥平,它們都高表達(dá)MHC实撒,提示活化的適應(yīng)性免疫。這個時期炎性細(xì)胞群MP2, 3, 5和6數(shù)量也出現(xiàn)了下降涉瘾,而修復(fù)的細(xì)胞群MP10上升知态,提示組織修復(fù)。

4. Identifying Phase-Specific Molecular Signatures of Macrophages after MI

為了明晰MI下的心臟巨噬細(xì)胞分析變化睡汹,作者做了差異和富集分析肴甸。
Fig 4A B:心臟巨噬細(xì)胞不同時間點的差異分析火山圖和富集分析條圖寂殉。
Fig 4C:計算了趨化評分囚巴,抗原結(jié)合評分和細(xì)胞外基質(zhì)評分,d3巨噬細(xì)胞趨化評分高友扰,d14巨噬細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)評分高彤叉。
Fig 4D E:查看了一些覺得有意義的基因表達(dá),免疫熒光做了驗證

5. Neutrophil Subpopulations and Their Dynamic Interactions with Macrophages
6. Subpopulations of Cardiac Lymphocytes and Their Roles in MI

前面都是關(guān)注的巨噬細(xì)胞村怪,F(xiàn)ig 5也分析了一下中性粒細(xì)胞秽浇,以及順帶帶了一下其他細(xì)胞

Fig 5A:中性粒細(xì)胞被重新聚類為3個群
Fig 5B:三個群的比例變化。N1群主要在d3群在甚负,而且表達(dá)多種趨化因子柬焕。
Fig 5C:三群中性粒細(xì)胞的擬時序
Fig 5D:分化軌跡伴隨著age-related genes (Icam1和Cd24a)的表達(dá)增加和一些基因比如Cxcr2和Sell的下調(diào)。
Fig 5E:N3群在軌跡的末端梭域,而且有最高的aging和apoptotic評分斑举,提示它是most aged cluster。
Fig 5F:CellPhoneDB做了中性粒和巨噬的互作分析病涨。結(jié)果提示巨噬與N1和N2的互作增強(qiáng)富玷。
Fig 5G H:T細(xì)胞和B細(xì)胞的重新聚類分群
Fig 5I:B細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的互作

7. Suppressing Early Infiltrated M?-5 and M?-6 Attenuates Pathological MI Progression

Fig 6A:d3是MI的急行炎癥期,這個時間點的巨噬出現(xiàn)明顯擴(kuò)增既穆。為了進(jìn)一步探究巨噬細(xì)胞在MI中的作用尋找潛在治療靶標(biāo)細(xì)胞群赎懦,作者對不同巨噬亞群對疾病貢獻(xiàn)得分進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)MP5和MP6在所有巨噬細(xì)胞亞群中貢獻(xiàn)得分最高幻工,提示它們在疾病進(jìn)程中起著重要作用励两。(??這個貢獻(xiàn)度是怎么算的?囊颅?)
Fig 6B:為了探究這群細(xì)胞可否作為MI的干預(yù)靶點当悔,作者使用了丹參酮IIA(丹參中分離出的天然心肌保護(hù)劑)治療MI工三,分離了治療后 不同時間點的小鼠心臟CD45+免疫細(xì)胞,進(jìn)行了單細(xì)胞測序先鱼,和未治療的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合分析俭正。
Fig 6C:丹參酮IIA治療組d3的單核和巨噬細(xì)胞都明顯降低
Fig 6D:MP5和MP6這兩個主要亞群在丹參酮IIA處理后比例顯著下降60%
Fig 6E:免疫熒光驗證兩個細(xì)胞亞群治療后的數(shù)目減少,提示MP5和MP6可能是丹參酮IIA治療的靶點
Fig 6F:丹參酮IIA治療后MP5和MP6的趨化因子表達(dá)明顯降低焙畔,而且MP5群炎癥相關(guān)組織蛋白酶(e.g., Ctsd and Ctsl) 表達(dá)降低掸读,MP6中多功能細(xì)胞因子如Spp1的表達(dá)降低,表明MP5和MP6的細(xì)胞比例和功能基因都有可能成為MI的潛在干預(yù)靶點宏多。

整個文章思路比較常規(guī)儿惫,也是把范圍縮小到某個疾病進(jìn)展關(guān)鍵時期的某個炎性細(xì)胞群,然后給藥物治療伸但,而且也不是特異性阻斷或清除某類細(xì)胞肾请,就是給了個比較公認(rèn)的抗炎藥/心肌保護(hù)藥,跟單細(xì)胞軌跡重建揭示病理性心肌肥厚干預(yù)原則有點像更胖。

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