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2022年8月23日 理化学研究所 了解系统性红斑狼疮的病情-鉴定与疾病发病、恶化相关的基因表达异常-理化学研究所(理研)生命医科学研究中心自身免疫疾病研究小组特别研究员中野正博、人类免疫遗传研究小组组长石垣和庆、自身免疫疾病研究小组组长山本一彦、东京大学研究生院医学系研究科过敏性风湿学教授藤尾圭志等联合研究小组，鉴定了很多与系统性红斑狼疮( SLE )病情相关的免疫细胞的基因表达异常。本研究成果有望对SLE的进一步病情理解和新治疗靶点的发现做出贡献。 SLE是发病后缓解[1]并反复恶化(重症化)，各种内脏器官受到侵害的难治性自身免疫性疾病[2]，详细病情尚不清楚。 此次，共同研究小组对从SLE患者和健康人血液中提取的27种免疫细胞(共6，386个样本)进行了分析，详细调查了与疾病相关的基因的表达模式。 通过对具有各种症状的SLE患者进行细分免疫细胞的高精度基因表达分析，首次明确了在SLE发病时和恶化时，不同的免疫细胞分别以不同的机制发挥作用。 通过区分发病时和恶化时来理解SLE的病情，可以期待与新的治疗目标的鉴定相联系，同时成功地展示了今后基因分析研究的新方向。 本研究刊登在科学杂志《Cell》在线版( 8月22日:日本时间8月23日)上。  本研究的概要 背景 系统性红斑狼疮( SLE )是免疫系统攻击自身细胞和脏器的自身免疫性疾病之一，是一种一旦发病就反复缓解和加重，难以治愈的慢性疾病。 (1)由于多种基因参与疾病病情；(2)血液中多种免疫细胞复杂参与病情成立；(3)疾病活动性[3]、脏器症状(如皮肤关节肾损害)因患者差异较大等原因，疾病病情了解进展不理想，没有开发出太多有效的治疗药物。要理解SLE的病情，有必要调查患者发生的免疫状态的异常。 免疫细胞的基因表达信息是实时评价个人免疫状态的有用指标。 在过去的基因分析研究中，由于一次研究中调查的SLE患者数量较少，因此无法充分阐明不同临床症状的患者存在哪些基因表达差异。 另外，因为将血液的所有免疫细胞集团汇总在一起进行分析，所以不知道SLE患者的哪个免疫细胞发生了什么样的基因表达异常。 本研究旨在通过从各种症状的SLE患者的血液中细分细胞群体，调查表征各种症状的基因表达模式，详细阐明SLE的复杂病理机制。 研究方法和成果 联合研究小组从功能基因组队列ImmuNexUT[4]中的136例SLE患者和89例健康者中，用细胞分类器[5]分析了27种免疫细胞6，386样品，用RNA序列[6]进行基因表达量的历史最大值 。此次所有疾病活动性的患者参加，大致可以定义两种类型的基因表达模式(图1 )。 一种是由处于缓解状态的非活动性SLE患者群和健康人进行比较的表达变动基因[7]构成的被称为“疾病状态信号”的类型，反映了与疾病发病相关的基因组。 另一种是由比较高疾病活动性和非活动性SLE患者群的表达变动基因构成的被称为“疾病活动性声像图”的类型，反映与疾病恶化相关的基因组。 对27个细胞种类分别进行了分析，疾病状态声像、疾病活动性声像都鉴定出了每1细胞种类约2,000个表达变动基因。  图1研究方法 从136例SLE患者和89例健康人中分析27种免疫细胞(共6，386个样本)，进行了用RNA序列全面调查基因表达量的大规模分析。 对细胞类型进行分析，将健康人和非活动性SLE患者组的表达变化基因定义为“疾病状态声像”( =与疾病发病相关的基因组)，将非活动性和高活动性SLE患者组的表达变化基因定义为“疾病活动性声像”( =与疾病恶化相关的基因组)。通过比较每个细胞类型的疾病状态声像和疾病活动性声像，我们发现许多细胞中两者的基因成员有很大不同(图2 )。 例如，当我们关注编码负责免疫信号的细胞因子[8]的基因时，疾病状态声像图和疾病活动性声像图识别出了不同的细胞因子群(图3 )。 这些结果首次表明，不同的病情机制很可能在SLE的发病和恶化中起作用。 图2 SLE中的疾病状态声像与疾病活动性声像图 对27个细胞类型的疾病状态标志的基因组和疾病活动性标志的基因组成员进行了比较。 (上)每个点代表基因，点的颜色基于两个表达变异分析的意义。 横轴表示疾病状态声像的表达变动，纵轴表示疾病活动性声像的表达变动。 发现不同的细胞类型有较多的疾病状态声像、较多的疾病活动性声像、两者比较共有。 (下)将27个细胞类型分为疾病状态标志多的组、疾病活动性标志多的组、两者比较共有的组。  图3细胞因子相关基因中疾病状态声像与疾病活动性声像的差异 限定了编码细胞因子的基因，显示了各个基因在哪个细胞种类中属于疾病状态声像和疾病活动性声像。 可见，在疾病状态声像图和疾病活动性声像图中，出现了不同的细胞因子变化模式。 接下来，我们关注了SLE内脏器官症状的多样性，调查了每个内脏器官症状中哪些免疫细胞被激活。 通过将主成分分析[9]和方差成分分析[10]应用于每个免疫细胞类型基因表达数据，在具有皮肤症状的患者中获得了作为辅助性t细胞[11]的一种的Th1细胞[11]，具有关节症状的患者中单核细胞[12]，具有肾症状的患者中中性粒细胞[12]的基因表达模式显示出最强的关联，各种症状提示不同的免疫细胞被活化(图4 )。  图4不同细胞类型对脏器病变的贡献度差异 通过将主成分分析和方差成分分析应用于各免疫细胞种类的基因表达数据，量化了各细胞种类对脏器病变的贡献度。 提示在皮肤粘膜病变(红斑、皮疹等)中Th1细胞，在肌肉骨骼系统病变(关节炎等)中单核细胞系统的细胞，在肾脏病变中中性粒细胞系统的细胞可能对病情贡献最大。 此外，我们还调查了现有的SLE治疗药物对患者的哪些免疫细胞起作用。 苯那普利[13]治疗前后表达变异基因聚集在b细胞系[14]细胞中，发现米考酚酸莫酚[15]内服者和非内服者表达变异基因聚集在Th1细胞、记忆CD8阳性t细胞[11]、浆细胞[14]中 此外，这些治疗药物抑制的基因组与疾病活动性声像基因组特别是治疗反应良好的患者组经常重复，确认了现在的SLE治疗药物通过抑制疾病活动性声像，发挥了临床效果。 以上内容表明，此次鉴定的27个细胞种类的疾病活动性声像，在探索新的SLE治疗靶点方面也有可能有用。  图5 SLE治疗药物表达变异基因与疾病活动性声像图相关 (上)我们将贝里姆林宫治疗前后每种细胞类型的表达变异基因数分为治疗反应良好的患者组和不良组。 另外，显示了这些表达变动基因和疾病活动性声像基因的共有度指数(提花指数)。 发现表达变异基因聚集在B细胞系细胞中，且在治疗反应良好的患者人群中共享度指数较高。 (下)米考酚酸莫西沙星内服者和非内服者各细胞类型表达变异基因数与疾病活动性声像图基因共享度指数。 发现表达变异基因聚集在Th1细胞、记忆CD8细胞、浆细胞中。 最后，与过去的大规模SLE基因组宽相关分析( GWAS ) [16]结果进行了整合分析。 迄今为止的GWAS研究中，鉴定出了100多个提高SLE发病风险的基因组上的基因多态性[17] (风险多态性[17] )，但其中很多是如何经过机制与SLE的病情相关的，还不十分清楚。 通过在整合分析中使用分层LD评分回归方法[18]，我们发现基因组上SLE的风险多态性大量存在于编码疾病状态签名基因组的区域周围，而在疾病活动性签名基因组周围则不多见(图6 )。考虑到GWAS研究主要基于“疾病与健康人”的病例对照研究，该结果是合理的结果。 同时也表明，GWAS研究得到的结果未能充分捕获与疾病恶化相关的基因组。 也就是说，我们认为今后的GWAS研究应该从以往的病例对照研究转向关注病例内多样性的研究设计。  图6本研究与过去的SLE GWAS的综合分析 采用分层LD评分回归方法评估基因组上既往鉴定的SLE风险多态性分布和偏倚(浓缩)。 研究表明，SLE的风险多态性多存在于编码疾病状态声像基因组的基因组区域周边(在9个细胞物种中有意义)，而编码疾病活动性声像基因组的基因组区域周边不存在(无意义细胞物种)。 今后的期待 SLE的治疗目标被规定为，通过尽量抑制疾病活动性来预防复发和损伤的积累。 也就是说，可以期待以这次鉴定的疾病活动性声像图中包含的基因信息为基点，以符合病态机理的形式开发新的治疗目标。 此外，今后通过进行追踪同一患者基因表达状态推移的纵向研究，有望成为预测SLE预后和复发的生物标志物的鉴定。 补充说明 1 .宽解 指经治疗后疾病症状或检查异常消失的状态。 与治愈不同，有复发的风险。 2 .自身免疫性疾病 本来是指为了保护自己不受病原体和癌症等影响的免疫系统失控，攻击自己的细胞和组织的疾病群。 代表性疾病有类风湿性关节炎和SLE。 3 .疾病活动性 表示由SLE引起的疾病趋势的东西。 SLE在漫长的过程中，往往会重复疾病活动性高的时期(高疾病活动性)和通过治疗使疾病处于缓解状态的时期(非活动性)。 4.ImmuNexUT immune cell gene expression atlas from the university of Tokyo的简称。 以从有代表性的10种免疫疾病的患者及健康者(目前500例以上)取得全基因组序列数据和最多28种免疫细胞RNA序列数据，分析基因的表达量及其调节机制为目的的功能基因组队列。 5 .单元格排序器 指识别荧光并分析用荧光抗体标记了表面蛋白的细胞的装置。 根据特定的表面蛋白的组合，可以分别收集各种各样的细胞种类。 6.RNA序列 使用被称为新一代序列发生器的能够一次读取大量碱基序列的装置，全面分析基因表达量的方法。 7 .表达变异基因 在两个以上不同组中发现统计学表达量显著上升(下降)的基因。 8 .细胞因子 主要由免疫系统细胞分泌，传递免疫信号的低分子蛋白质的总称。 是炎症的重要调节因子，包括SLE在内的自身免疫性疾病多表现为细胞因子调节异常。 9 .主成分分析 一种分析方法，通过在尽量不损害多维数据所拥有的信息的情况下将信息压缩到低维空间中，使数据更容易理解。 10 .方差分量分析 在数据集中，对某个变量a的数据的偏差(方差)能通过不同变量b的数据的偏差说明到什么程度(说明方差、贡献度)进行量化的分析。 11 .辅助性t细胞、Th1细胞、记忆CD8阳性t细胞 t细胞是在胸腺组织中分化成熟的淋巴细胞的一种，通过从抗原呈递细胞接收抗原信息而发挥各种各样的功能。 辅助性t细胞应答抗原信息，起到调节其他免疫细胞功能的作用。 Th1细胞是辅助性t细胞的一种，被认为主要在攻击病毒和细菌时起作用。 杀伤t细胞起到直接攻击、排除病毒感染细胞和癌细胞的作用，存储器CD8阳性t细胞被认为是其代表细胞。 12 .单核细胞、中性粒细胞 单核细胞、中性粒细胞都是白细胞的一种，在防御感染的开始中起着重要的作用。 单核细胞接受辅助性t细胞等的指示，通过分化为巨噬细胞，将细菌等异物吸入细胞内，进行消化(吞噬作用)。 中性粒细胞是细菌感染最先聚集的细胞，吞噬作用和杀菌作用特别强。 13 .贝里姆马布 抑制b细胞活化因子的人单克隆抗体制剂。 作为SLE的治疗药物，我国也于2017年批准了点滴静注和皮下注射制剂。 14.B细胞系细胞、浆细胞 B细胞是骨髓组织中分化成熟的淋巴细胞的一种，一旦抗原进入体内，就会被辅助性T细胞等激活，分化为浆细胞、浆细胞。 在这个分化过程中，通过产生和分泌针对该抗原的抗体(免疫球蛋白)来攻击抗原。 15 .米考酚酸莫苯乙酯 通过阻碍细胞嘌呤生物合成途径来抑制DNA合成的免疫抑制剂。 被认为主要作用于t细胞、b细胞，在SLE中，以有肾炎症状的患者为中心使用。 16 .基因组宽相关分析( GWAS ) 这是一种全面地检索、鉴定对疾病的发病、身高、体重等量的性状有影响的基因组上的基因多态性的分析方法。 GWAS是Genome wide association study的缩写。 17 .基因多态性、风险多态性 构成人类基因组的碱基序列的个体差异被称为基因多态性。 影响GWAS鉴定的疾病发病的基因多态性称为风险多态性。 18 .分层LD评分回归法 这是以基因组整体中存在的许多基因多态性与疾病发病相关的多基因模型为前提的分析方法。 利用各基因多态性之间的相关信息( LD评分)与GWAS统计量的关联，对基因多态性性状的描述方差(贡献度)进行量化检测的方法称为LD评分回归法。 分层LD得分回归法是一种扩展了LD得分回归法的方法，可以通过将基因组上的区域分割(分层)为多个，来量化、检定对各区域性质的解释方差(贡献度)。 联合研究组 理化研究所生命医生科学研究中心 自身免疫疾病研究小组 特别研究员中野正博 队长山本一彦 人类免疫遗传研究小组 队长石垣和庆 基因组分析应用研究小组 队长寺尾知可史 东京大学 研究生医学系研究科过敏性风湿学 (医学部附属医院过敏性风湿病内科) 教授藤尾圭志 研究生医学系研究科免疫疾病功能基因组学讲座 特任助教太田峰人 特任副教授冈村僚久 研究支援 本研究由与中外制药株式会社的共同研究费、日本医疗研究开发机构( AMED )基因组医疗实现推进平台事业“使用免疫担当细胞eQTL数据从免疫介导性疾病基因组信息中构建分层及预后预测模型”(研究开发代表者:藤尾圭志)、 该研究开发制度“以与疾病相关的血管周围的微小炎症为目标的量子技术、基于神经调节医疗的未病时治疗法的开发”(项目经理:村上正晃)的支持下进行。 原论文信息 Masahiro Nakano, Mineto Ota, Yusuke Takeshima, Yukiko Iwasaki, Hiroaki Hatano, Yasuo Nagafuchi, Takahiro Itamiya, Junko Maeda, Ryochi Yoshida, Saeko Yamada, Aya Nishiwaki, Haruka Takahashi, Hideyuki Takahashi, Yuko Akutsu, Takeshi Kusuda, Hiroyuki Suetsugu, Lu Liu, Kwangwoo Kim, Xianyong Yin, So-Young Bang, Yong Cui, Hye-Soon Lee, Hirofumi Shoda, Xuejun Zhang, Sang-Cheol Bae, Chikashi Terao, Kazuhiko Yamamoto, Tomohisa Okamura, Kazuyoshi Ishigaki, and Keishi Fujio, "Distinct transcriptome architectures underlying lupus establishment and exacerbation", Cell,10.1016/j.cell.2022.07.021 中野正弘、太田敏夫、竹岛佑介、岩崎幸子、平冈拓晃波多野、永福池、田崎敬浩板宫、前田纯子、吉田良治、沙耶子山田、西胁绫、相户爱高桥、高桥秀行、段丽阳阿久津、草田武、末月裕之、刘路、金光武、尹宪永、左永邦、崔永、李惠顺、庄田博文、张学军、相哲、千岛寺尾、“狼疮形成和恶化的独特转录组结构”，《细胞》，10.1016/j.cell.2022.07.021在新选项卡中打开 主讲人 理化研究所 生命医学科研中心自身免疫性疾病研究小组 特别研究员中野正博 队长山本一彦 人类免疫遗传研究小组 队长石垣和庆 |
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