【原】scRNA-seq鉴定HIV-1-TB共感染的指标

文章信息

题目：Single-cell transcriptomic landscape identifies the expansion of peripheral blood monocytes as an indicator of HIV-1-TB co-infection
日期：2022-02
期刊：Cell Insight
DOI：https:///10.1016/j.cellin.2022.100005

摘要

人类免疫缺陷病毒 1 型(HIV-1) 是获得性免疫缺陷综合征 (AIDS) 的病原体，结核分枝杆菌(Mtb) 是结核病 (TB) 的专性病原体，艾滋病和结核病仍然是全球主要的健康威胁。HIV-1和Mtb之间的协同作用导致免疫功能进一步恶化并大大提高死亡率；此外，Mtb 感染是 HIV-1 感染者死亡的主要原因。与未感染 HIV-1 的人相比，HIV-1 感染者的活动性结核病例发生率更高（~26 倍）。

某些循环细胞亚群与HIV-1和TB合并感染的免疫失调有关，但其中的机制不清楚。本文将 scRNA-seq 应用于来自单独 HIV-1 和 HIV-1-TB 合并感染个体的PBMC，描绘了 HIV-1-TB 合并感染中免疫 PBMC 亚群的图谱，并证明外周血中的单核细胞亚群可作为诊断 HIV-1-TB 合并感染的生物标志物。

初步分群

实验使用来自11个人的共 61,397 个PBMC，共三个大组：

• HIV-pre
• HIV-pre & TB-pre
• HIV-pre & TB-pos

其中5名仅感染 HIV-1 的患者（HIV-pre，27,934 个细胞），3 名未经抗结核治疗的 HIV-1-TB 合并感染患者（HIV-pre & TB pre , 19,723 个细胞) 和三个 HIV-1-TB 合并感染和抗结核治疗两周的患者 (HIV-pre & TB pos, 9435 个细胞)。经过质控过滤后，剩下57,092 个细胞。

健康对照(HC)的PBMCs 来自文章《Influence of retarders on hydration and microstructure development of cement containing high-volume limestone powder》

经过聚类分群后，根据下面的markers得到3大细胞群：

• T细胞表达CD3D、CD3G
• 骨髓细胞表达CD68 、LYZ、S100A9、 FCGR3A、S100A8
• B细胞表达CD79A、MS4A1、CD79B

此外，还鉴定了许多细胞类型特异性标志物基因（图 C），包括骨髓细胞标志物（FCN1、AIF1和LST1）、B 细胞标志物（BANK1、RALGPS2、TCF4和IRF8）和T细胞标志物(IL-17R)。这些额外的标志物可能在未来的研究中用作 PBMC 特异性标志物。

细胞比例方面（D图），T 细胞是来自 HC 的 PBMC 的主要部分，其次是骨髓和 B 细胞。还发现HIV-1 和 HIV-1-TB 共感染中 CD4 naive T 细胞的比例较低，这与 HIV 中 CD4 T 细胞数量下降的情况一致。

与HC相比，在HIV-pre和TB-pos组中发现了一小部分B细胞，其次是HIV-pre和HIV-pre和TB-pre组；与HIV-pre组相比，HIV-pre和TB-pos组的B细胞显著减少。

在 HIV-pre 和 HIV-1-TB 共感染中也检测到比 HC 更高丰度的循环细胞、红细胞和浆细胞；HIV-pre组的循环和红细胞频率显著高于HC组。

以上结果表明 HIV-1 和 HIV-1-TB 相关的循环细胞亚群在 HIV-1 和 HIV-1-TB 疾病进展中失调。

血浆 B 细胞数量从 HIV-pre 到 HIV-pre & TB-pos 组逐渐增加

这里确定了六种不同的 B 细胞亚群，它们都存在于三个组中，代表了 B 细胞功能的各种状态：

• 血浆 B 细胞（c3）表达高水平的CD79A、MS4A1 、KCNN4和JCHAIN和低水平的TCL1A和VPREB3
• 未成熟 B 细胞（c 0、1、5）表达高水平的TCL1A和BTG1以及低水平的JCHAIN和SIGLEC6，表明这些可能是早期 B 细胞（前 B 细胞和naïve B 细胞）
• 记忆 B 细胞（c 2）表达高水平的CD19、CD79A、MS4A1、FGR、FCRL3、FCRL5和SIGLEC6和低水平的TCL1A，表明这些可能是功能失调的非典型记忆 B 细胞
• c4 表达高水平的 B 细胞标志物（CD79A和MS4A1）和 T 细胞标志物（CD3D、CD8A和GZMH等），属于TB混合，但也有可能是marker限制没有再区分清楚

鉴定了 10 个 T/NK 细胞亚群

T 细胞在限制结核病患者感染 Mtb 方面发挥着至关重要的作用，而 HIV-1 感染导致绝对 CD4⁺ T 细胞数量逐渐减少。在 HIV-1-TB 共感染期间，CD4⁺ T 细胞有助于 HIV-1 增殖，而 Mtb 特异性 CD4⁺ T 细胞数量减少，CD8⁺ T 细胞的功能很少被研究

这里将T细胞继续细分为10个亚群，其中9个高表达CD3D和CD3G

之后确定了八种不同的 CD8⁺ T 细胞亚群（0-2 和 5-9），其中：

• 0（CD8 T 细胞）高表达CD8A和NKG7
• 1（活性 CD8 T 细胞）高表达CD8A、CD8B、PRF1和TIGIT，表明这些可能是活化的 CD8 T 细胞
• 2（细胞毒性 CD8 T 细胞）高表达CD8A、CD8B、GZMA、GZMB和FCGR3A，表明面对病原体感染产生了细胞毒性
• 一部分 NK 细胞（c 3）表达高水平的KLRF1，可以在病原体感染的控制中起关键作用
• 4（naive T 细胞）高表达CCR7、LEF1和SELL ，在T 细胞发育的早期阶段和外周淋巴器官发挥关键作用
• 5（MAIT 细胞）表达高水平的SLC4A10
• 6 和 7 高表达CD8A、PPBP和HBB，分别表示巨核细胞样和红细胞样 T 细胞
• 8（耗竭性 CD8 T 细胞）高表达CD8A、HAVCR2、CTLA4、LAG3和TIGIT，表明病原体特异性 CD8 T 细胞在慢性感染中存在功能障碍
• 9（IFN + CD8 T 细胞）高表达CD8A、GZMA、PRF1和NKG7 。此外，该亚群还高度表达 IFN 诱导基因，包括ISG15 、MX1 、IFIT3、IFIT1和RSAD2 ，表明 IFN信号通路的激活

之后也是同样的分析，鉴定了七个naive T 细胞亚群和九个骨髓细胞亚群

在 HIV-pre 和 TB-pre 组中观察到骨髓细胞的 CD14 Mono 增加和 Mono_MФ 减少

与 HIV-pre 组相比，HIV-pre 和 TB-pre 组的整个 PBMC 中 CD14 Mono 细胞亚群的丰度增加了。

BP富集分析显示，Mono_CD14细胞主要富集响应病毒、病毒复制和Ⅰ型干扰素信号通路，说明它参与了HIV-1的CD14 Mono（CD14⁺，CD16⁺）细胞和慢性免疫激活过程。

此外，HIV-pre 和 TB-pre 组中的细胞大多富含中性粒细胞活化和抗原加工和呈递以及干扰素-γ 介导的信号传导通路，表明它们参与细菌感染和随后的单核细胞募集、激活炎症。

单核细胞亚群比例足以区分 HIV-1 与 HIV-1-TB 共感染

使用另一个队列【验证队列包括 HIV-pre (n = 40) 和 HIV-pre & TB-pre (n = 40)】的数据发现：与 HIV-pre 组相比，HIV-pre 和 TB-pre 组的单核细胞丰度显著增加。

为了进一步估计单核细胞亚群在区分 HIV-1-TB 共感染和 HIV-1 感染方面的效果，对这个队列进行了ROC曲线分析，HIV-pre 与 HIV-pre & TB-pre 组的 ROC 曲线分析表明，单核细胞亚群可以作为区分 HIV-1-TB 合并感染和 HIV-1 感染的有效标志物。