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《Nature Commun》(中科院1区, IF17.694): CITE-seq+空间转录组解析SSc免疫异质性

news 2025/6/23 18:10:22

在生物医学研究迅猛发展的当下，单细胞多组学技术与生物信息学分析正成为破解复杂疾病机制的核心工具。2025年，随着 BioLMs等人工智能技术在生物信息领域的深度融合，以及CAR-T疗法在自身免疫病治疗中展现出的突破性潜力，免疫细胞异质性研究已成为连接基础机制与临床转化的关键桥梁。当领域焦点逐渐聚焦于 “如何通过多模态数据整合解析疾病临床异质性” 时，一项发表于《Nature Communications》的最新研究，为自身免疫病的精准分型与机制探索提供了极具参考价值的研究范式。

https://doi.org/10.1038/s41467-025-60034-7

正式介绍

基本信息

论文标题：单细胞分析揭示系统性硬化症患者临床异质性背后的免疫细胞异常

发表期刊：Nature Communications，中科院医学大类分区1区Top，IF=15.7001

发表日期：2025年6月17日在线发表

研究背景

系统性硬化症（SSc）是一种以皮肤硬化和多器官纤维化为特征的自身免疫病，其临床异质性（如57.1%患者合并ILD，19.0%合并SRC）导致治疗策略难以个体化。尽管免疫失调和血管损伤是SSc的核心病理机制，但外周血免疫细胞亚群的动态变化如何驱动不同器官受累尚不清楚。scRNA-seq已在SSc皮肤病变中揭示了内皮细胞和纤维母细胞的异常，但外周血免疫细胞与临床表型的关联仍缺乏系统性研究。

研究思路

队列设计：纳入21例未接受免疫抑制治疗的SSc患者（含SRC、ILD等亚组）和6例健康对照，采集外周血单核细胞（PBMC）进行CITE-seq分析。多组学整合：结合scRNA-seq、空间转录组（肾脏组织）、轨迹分析（Monocle 3），解析免疫细胞亚群的基因表达特征与功能分化。临床验证：通过纵向样本（SRC患者治疗前后）和公共数据集验证关键细胞亚群的特异性。

图7 | 本研究图解

研究亮点

首次系统关联SSc临床异质性与外周血免疫细胞亚群：发现SRC患者富集EGR1+ CD14+单核细胞，而ILD患者富集II型干扰素特征的CD8+ T细胞。提出“免疫细胞分化轨迹驱动组织损伤”模型：EGR1+单核细胞可分化为肾脏THBS1+巨噬细胞，通过NF-κB通路介导肾纤维化。建立可预测临床进展的生物标志物：单核细胞EGR1表达与SRC严重程度（mRSS、血压）正相关，为疾病监测提供新工具。

数据来源和生物信息方法

1、数据来源

患者队列：21例SSc患者（含4例SRC、12例ILD），6例健康对照；3例SRC患者肾脏组织（空间转录组）。公共数据：GSE195452（SSc PBMC scRNA-seq）、GSE128169/GSE128033（SSc肺组织scRNA-seq）。

2、生物信息方法

单细胞分析：Seurat整合CITE-seq数据，通过参考映射注释细胞类型，UMAP降维展示细胞异质性。差异丰度分析：milo检测SRC/ILD患者与对照的细胞亚群比例差异。轨迹与调控分析：Monocle 3构建细胞分化轨迹，TRRUST解析转录因子网络。功能富集：MSigDB、BioPlanet进行通路分析，模块评分评估细胞亚群相似性。

主要结果

1、SSc患者PBMC单细胞图谱揭示免疫异质性与器官并发症的关联

方法：对21例SSc患者及6例健康对照的PBMC进行CITE-seq，获得238,924个细胞，通过UMAP可视化及监督注释鉴定细胞亚群（图1b）。结果：PCA显示SRC患者免疫图谱与髓系细胞（单核细胞、树突状细胞）亚群相关，ILD患者与淋巴系（T细胞、浆母细胞）亚群相关（图1e-f）；差异丰度分析显示SRC患者CD14⁺单核细胞、CD16⁺单核细胞及NK细胞富集，ILD患者CD8⁺效应记忆T细胞富集（图2a-d）。小结：SSc不同器官并发症对应外周血免疫细胞亚群的特异性分布，为机制解析提供靶点。

图1 | 系统性硬化症患者与健康对照的综合单细胞分析揭示不同免疫图谱

图2 | 硬皮病肾危象和间质性肺病SSc患者PBMC的差异丰度分析

2、SRC患者外周血EGR1⁺ CD14⁺单核细胞亚群的鉴定与功能解析

方法：对单核细胞亚群细分，鉴定出5个CD14⁺单核细胞簇（如CD14_EGR1、CD14_ISG等），结合差异丰度分析和轨迹分析。结果：SRC患者中CD14_EGR1亚群显著富集（log2FC=+1.9），其高表达NF-κB通路基因（如EGR1、IL1B）（图3c-d, 4a-b）；肾组织单细胞分析显示CD14_EGR1可分化为THBS1⁺巨噬细胞，高表达血管损伤相关基因（THBS1、LRG1），并与NF-κB信号激活相关（图4f-g）；临床纵向数据显示EGR1表达在SRC发病时升高，治疗后下降，且与皮肤评分（mRSS）、收缩压正相关（图4i-j）。小结：EGR1⁺ CD14⁺单核细胞通过NF-κB信号驱动肾损伤，其比例可作为SRC生物标志物。

图3 | 硬皮病肾危象患者外周血中EGR1+ CD14+单核细胞特异性富集

图4 | CD14_EGR1亚群参与组织损伤及其作为SRC进展生物标志物的潜力

3、ILD患者中IFN-γ响应的CD8⁺ T细胞亚群与肺损伤的关联

方法：对CD8⁺ T细胞亚群分析，结合公共肺组织scRNA-seq数据及模块评分。结果：ILD患者外周血中CD8_TEM_T2ISG亚群（高表达IFN-γ响应基因）显著富集（log2FC=+1.2），其高表达CXCR3、CCR5等迁移相关受体（图6c-f）；肺组织分析显示类似亚群（CD8_T_T2ISG）富集，且与IFN-γ通路激活相关（图6h-k）；该亚群比例与抗拓扑异构酶I抗体（ATA）/抗RNA聚合酶III抗体（ARA）阳性率正相关，提示与ILD进展风险相关。小结：IFN-γ响应的CD8⁺ T细胞通过CXCR3/CCR5介导肺迁移，驱动ILD进展。

图6 | II型干扰素特征的CD8+ T细胞亚群增多与进展性SSc-ILD相关

4、空间转录组揭示SRC肾组织中纤维化相关巨噬细胞的定位与功能

方法：对3例SRC患者肾组织进行空间转录组分析（CosMX平台），鉴定髓系细胞亚群的空间分布。结果：SRC肾组织中Mac1亚群（类似THBS1⁺巨噬细胞）与近端小管细胞（PTB）邻近分布，高表达细胞外基质（ECM）相关基因（如COL1A1），且NF-κB信号激活（图5d-f）；空间邻近分析显示Mac1与PTB共定位，提示其参与肾小管纤维化（图5h）。小结：SRC病灶中纤维化巨噬细胞与损伤肾小管形成“病理微环境”，促进肾损伤。

图5 | SRC组织损伤部位纤维化相关巨噬细胞的积累

研究结论

本研究通过单细胞多组学分析，鉴定出SSc不同器官并发症的特异性免疫细胞亚群：SRC中EGR1⁺ CD14⁺单核细胞通过NF-κB信号分化为肾损伤巨噬细胞，ILD中IFN-γ响应的CD8⁺ T细胞通过 chemokine 受体介导肺迁移。这些发现不仅揭示了SSc临床异质性的免疫基础，更提出EGR1⁺单核细胞作为SRC生物标志物的潜力，为个体化治疗提供了新靶点。