项目文章|10x Genomics单细胞测序助力儿童结肠炎及炎症性肠病相关研究登顶Cell

来源: 安诺基因   2019-11-20   访问量:413评论(0)

2019年11月14日,北京大学白凡研究员团队与广州医科大学附属广州市妇女儿童医疗中心儿科研究所张玉霞研究员,国家临床重点专科儿科消化团队(杨敏、耿岚岚及龚四堂主任医师)合作在国际顶尖期刊Cell上发表了题为“Mucosal profiling of pediatric-onset colitis and IBD reveals common pathogenic and therapeutic pathways”的论文。研究利用单细胞测序技术解析了对照组、结肠炎和PIBD各亚型间结肠黏膜免疫及非免疫细胞的异质性,深入挖掘了儿童结肠炎及炎症性肠病的致病机制,同时证实抗血小板药物双嘧达莫可激活cAMP通路,恢复免疫稳态并缓解结肠炎症状,具有良好的临床治疗效果,为儿童结肠炎及炎症性肠病的防治提供了新的见解。在此项研究中,安诺优达有幸参与了部分样本的单细胞测序(10x Genomics单细胞转录组测序+10x Genomics V(D)J测序)工作。

 

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图1 文章研究概览

 

为阐述致病机制及研究药物靶点,研究团队对17名患儿(包括对照组、结肠炎和PIBD各亚型间)的结肠黏膜免疫细胞和非免疫细胞进行了单细胞转录组及TCR+BCR测序分析,得到65,367个免疫细胞和7,798个非免疫细胞的转录组数据,通过聚类分析获得9个细胞亚群,同时依据824例人群的GWAS数据发现了244个可能导致PIBD风险的基因。

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图2 结肠微环境样本来源及单细胞图谱分析

 

研究进一步分析了肠上皮细胞、结肠黏膜成纤维细胞和血管内皮细胞、髓系细胞、免疫细胞等的亚群分布及关键基因。发现肠上皮细胞共分为10个亚群,分布着不同的PIBD风险基因。比如CD及UC风险相关的ERN1基因,在干细胞、祖细胞、肠内分泌细胞中高表达,DVL1通过β-连环蛋白及WNT通路活化影响上皮细胞的再生,主要在干细胞及分泌祖细胞中表达。

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图3 上皮细胞异质性及关键基因分析


结肠黏膜成纤维细胞分为7个亚群,在UC样本中含有独有的炎症成纤维细胞亚群(表达IL1B、IL6)。此外,PIBD血管内皮细胞中,调控血管生成及白细胞溢出相关基因明显上调,表达PECAM1(CD31)的内皮细胞丰度也显著增加。

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图4 成纤维与内皮细胞异质性及关键基因分析

 

CD68+髓系细胞进一步分为10个亚群,整体在PIBD样本中丰度更高。其中,高表达IL1B及TNF-α的巨噬细胞,几乎只存在于PIBD中。在TNF+巨噬细胞中,PDE4B(降解胞内cAMP)的表达上调,胞内cAMP水平降低。研究团队通过体外实验证实临床应用PDE抑制剂双嘧达莫可提高胞内cAMP水平,显著抑制TNF-α,IL-1β和IL-6的表达。

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图5  髓系细胞异质性及关键基因分析

 

对免疫细胞相关数据进行分析,发现PIBD各亚型中,CD39在CD8+和Vδ1T细胞的表达显著降低。研究进一步证实PDE抑制剂可恢复CD39在T细胞中的表达,在用双嘧达莫处理三天后,CD8+ T细胞中CD39的表达明显上调。

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图6  免疫细胞异质性及关键基因分析

 

对结肠黏膜细胞进行深入分析描绘后,研究团队对急性肠炎小鼠模型进行了双嘧达莫治疗,发现用药可显著提高小鼠的体重、结肠长度,提升上皮结构完整性,抑制血小板聚集和TNF-α的表达。对9例患者(8例结肠炎和1例IBDU)开展双嘧达莫的小样本临床试验,发现患者各项临床指标均有明显改善。用药后,cAMP浓度升高,CD39的表达上调,血小板聚集减少,临床症状得到缓解。

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图7 双嘧达莫可缓解结肠炎的临床症状

 

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 安诺单细胞测序技术总览


作为国内单细胞测序技术整体解决方案的提供商,目前安诺基因单细胞多组学研究具有全面的产品,覆盖三大组学(基因组、转录组、表观组),拥有丰富的项目经验、合作单位100+、物种经验50+、多篇高分文章IF累计100+,能够有针对性并准确服务于不同的研究领域及研究策略,使得科研工作者可以更深入地了解细胞间的异质性。


 

参考文献

Huang, B., Chen, Z., Geng, L., et al. Mucosal profiling of pediatric-onset colitis and IBD reveals common pathogenic and therapeutic pathways[J]. Cell, 179(5):1160–1176.



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