生信小課堂
研究概述：
動脈粥樣硬化是一種免疫疾病吠勘，可導(dǎo)致動脈粥樣硬化斑塊的形成性芬。當(dāng)動脈粥樣硬化斑塊變得脆弱或不穩(wěn)定時，它們可能會破裂剧防，嚴(yán)重時會導(dǎo)致心肌梗塞或中風(fēng)植锉。免疫相關(guān)基因在免疫浸潤中起著至關(guān)重要的作用。然而峭拘，免疫相關(guān)基因的特征及其在冠狀動脈斑塊脆弱性中的調(diào)控機制尚不清楚俊庇。作者通過單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)比較了急性冠脈綜合征（ACS）和穩(wěn)定型心絞痛（SAP）患者冠狀動脈斑塊中免疫細胞的異質(zhì)性，分別對應(yīng)不穩(wěn)定和穩(wěn)定的斑塊鸡挠。此外辉饱，作者還在大量轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)中驗證了重要結(jié)果，并初步探討了轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的調(diào)控機制拣展。
研究結(jié)果：
作者從GSE184073數(shù)據(jù)集中獲取了冠狀動脈斑塊中免疫細胞單細胞的數(shù)據(jù)彭沼。對T細胞，B細胞备埃，單核細胞姓惑，NK細胞和巨噬細胞五種細胞類型進行了聚類（圖1A, B)。結(jié)果顯示按脚，SAP組具有更多的T細胞于毙，而ACS組具有更多的單核細胞（圖 1C)。此外辅搬，巨噬細胞唯沮、T細胞和NK細胞表現(xiàn)出更高的純度，而B細胞和單核細胞表現(xiàn)出更高的異質(zhì)性（圖1D)堪遂。為了進一步研究冠狀動脈斑塊調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化介蛉，作者使用了標(biāo)志性基因集來評估ACS和SAP組之間途徑的差異。有趣的是溶褪，單核細胞甘耿，巨噬細胞和T細胞顯示出多種途徑活性的上調(diào)，包括免疫學(xué)竿滨，代謝，信號傳導(dǎo)和增殖的不同方面（圖1E）捏境，這意味著冠狀動脈斑塊的脆弱性可能優(yōu)先重塑這些細胞并誘導(dǎo)特定的功能狀態(tài)于游。
圖 1 解剖冠狀動脈斑塊中免疫細胞簇的免疫景觀
作者鑒定出426個差異表達的免疫相關(guān)基因（DEIRG）（圖2F），并確定DEIRGs活性（圖2G）垫言，發(fā)現(xiàn)單核細胞和T細胞表達更多的基因（圖2H）贰剥。由于這些細胞在ACS組中顯著失調(diào)（圖2C），所以他們進一步進行了來自冠狀動脈斑塊中免疫細胞簇的T細胞和單核細胞簇中差異表達基因（DEG）的功能分析筷频，富集了抗原加工和免疫應(yīng)答（圖2 I-K）和一些經(jīng)典信號傳導(dǎo)途徑蚌成。單核細胞和T細胞中DEG上調(diào)和下調(diào)的前15個結(jié)果主要與免疫應(yīng)答相關(guān)前痘。
圖 2 差異表達的免疫相關(guān)基因（DEIRG）評分
隨后，作者重建了分化軌跡担忧。通過UMAP降維芹缔，由于有限的細胞，我們不能獲得多個T細胞簇（圖3A）瓶盛。作者重建了細胞發(fā)育關(guān)系最欠，并且發(fā)現(xiàn)了分化階段（圖3B）。細胞-細胞通信（cell–cell communication）的數(shù)量（配體-受體對）和強度都很高（圖3C, D）惩猫。作者還檢測到了冠狀動脈斑塊中的五個免疫細胞簇之間的40個顯著途徑芝硬，其中C-C基序趨化因子配體（C-C Motif Chemokine Ligand, CCL）信號傳導(dǎo)途徑顯示最多的信號傳導(dǎo)模式，T細胞顯示最多的信號通路（圖3E）轧房。此外拌阴，作者發(fā)現(xiàn)最大數(shù)量的配體-受體對從T細胞簇發(fā)送到NK細胞簇（圖S4 E）。此外奶镶，T細胞簇在CCL信號傳導(dǎo)途徑中表現(xiàn)出高表達（圖3F-H）迟赃，并且最顯著的配體-受體對是CCL 5-CCR 1（圖3I）。
（注：統(tǒng)一流形逼近與投影(UMAP:Uniform Manifold Approximation and Projection)是一種新的降維技術(shù)实辑，其理論基礎(chǔ)是黎曼幾何和代數(shù)拓?fù)滢嗲狻＃?/p>
圖 3 細胞發(fā)育關(guān)系和信息交流
接下來，作者使用了BULK轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)來驗證他們的結(jié)果剪撬。在GSE59867和GSE62646的人外周血單核細胞中分別保留了總共1010和6373個失調(diào)的DEGs（圖4A, B）摄乒。冠狀動脈斑塊中DEGs的功能分析集中于抗原加工和免疫應(yīng)答（圖4C, D），這與先前對冠狀動脈斑塊中免疫細胞簇的單核細胞和T細胞簇的表征一致残黑。通過對單核細胞和T細胞簇的DEGs以及塊DEGs的功能富集分析來聚焦免疫應(yīng)答馍佑，作者進一步研究了冠狀動脈斑塊和人外周血單核細胞的單核細胞和T細胞簇之間DEIRG的共同表達特征。在冠狀動脈斑塊和人外周血單核細胞的不同細胞類型簇中鑒定了總共39種常見的DEIRG（圖4E）梨水。這些常見DEIRG的表達主要在來自冠狀動脈斑塊的不同細胞類型簇中失調(diào)（圖4F）拭荤。此外，19種常見的差異表達轉(zhuǎn)錄因子（DETF）在人外周血單核細胞和冠狀動脈斑塊的T細胞和單核細胞簇的表達不同（圖4G）疫诽。這些常見DETF的表達式示于圖3 H舅世、I中。所有19種DETF在單核細胞簇中均有活性（圖4H）奇徒，并且18種DETF在人外周血單核細胞中上調(diào)（圖4I）雏亚。最后，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)表明摩钙，CEBPB和SPI 1可能作為中樞轉(zhuǎn)錄因子在可能的調(diào)控機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用（圖4J罢低，K）。
圖 4 人外周血單核細胞的差異表達基因（DEGs）和常見的差異表達免疫相關(guān)基因（DEIRGs）和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機制胖笛。
單細胞RNA測序是繪制動脈粥樣硬化斑塊的細胞和分子組成的理想方法网持，可以幫助找到新的精確的免疫療法宜岛。由于斑塊來源于頸動脈，冠狀動脈粥樣硬化的機制可能尚未完全闡明功舀。作者提供了冠狀動脈斑塊的數(shù)據(jù)萍倡，以補充動脈粥樣硬化的研究（圖4）。使用10× genomics單細胞RNA測序平臺表征來自ACS和SAP患者的冠狀動脈斑塊的CD45+免疫細胞日杈。共區(qū)分5個免疫細胞簇遣铝，單核細胞和T細胞是免疫療法的靶標(biāo)。作者還在普通轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)中驗證了我們的結(jié)果莉擒，并初步探索了轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的調(diào)控機制酿炸。
圖 5 總體研究設(shè)計示意圖。
研究總結(jié)：
總之涨冀，作者使用相對標(biāo)準(zhǔn)的分析流程（relatively standard analysis pipelines）來揭示具有穩(wěn)定和不穩(wěn)定冠狀動脈斑塊的患者中的免疫細胞亞群及其轉(zhuǎn)錄組特征填硕，并對所選的簇進行一些初步驗證和轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機制探索。單核細胞和T細胞之間的相互作用可能增強斑塊的易損性鹿鳖，CEBPB參與動脈粥樣硬化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控扁眯。這篇論文的研究結(jié)果為了解冠狀動脈斑塊易損性的細胞和分子機制提供了重要信息，并可能有助于動脈粥樣硬化的治療翅帜。
