【原】接受抗原驱动的过敏性小鼠皮炎的的单细胞转录组对于特应性皮炎的研究

文章信息

• 英文标题：Single-cell transcriptome profile of mouse skin undergoing antigen-driven allergic inflammation recapitulates findings in atopic dermatitis skin lesions

• 中文标题：接受抗原驱动的过敏性小鼠皮炎的的单细胞转录组对于特应性皮炎的研究

• 期刊：《J Allergy Clin Immunol》

• 发表时间:2022 Aug

• GEO数据库编号：GSE194254

文献概述

问题：研究抗原驱动小鼠过敏性皮炎小鼠单细胞基因表达的特征。

方法：3个对照组（SAL）：3个实验组（OVA）。

结果：文章主要探究三个主要的亚群（成纤维，内皮，角质）和免疫相关基因之间的联系，侧面证明成纤维细胞、内皮细胞中可能促进过敏性皮肤炎症的新途径。OVA致敏导致T细胞、树突状细胞、巨噬细胞、肥大细胞/嗜碱性粒细胞、成纤维细胞等比例差异显著。主要的关键基因IL-4和IL-13驱动嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和TH2细胞的趋化发展，抑制角质细胞(KC)分化和抗菌肽的产生，损害皮肤屏障功能，促进表皮脂质异常等。文章最后发现主要是肥大细胞/嗜碱性粒细胞在OVA致敏小鼠皮肤中高表达Il4和ll13基因。

结论：经抗原驱动的小鼠皮肤单细胞基因表达谱与AD皮肤损伤中的单细胞基因表达谱具有许多共同特征，揭示了不同亚群中可能参与过敏性皮肤炎症的新途径。

研究思路

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实验结果

小鼠过敏性皮炎的 scRNA-seq 分析

文章中对于数据的过滤指标：至少3个细胞中检测到表达200 - 2500个基因和线粒体基因百分比低于5%的细胞被认为是活性细胞从而纳入分析。

对整合后的来自所有六个样本的细胞TSNE聚类分群，13个亚群。对这些分群的标志基因做了气泡图展示，根据各细胞亚群的比例探究过敏性皮炎。对皮肤中的三种关键细胞类型--角质形成细胞，成纤维细胞和内皮细胞的细分，最后结合免疫细胞联系整体。全面来看相较于生理盐水组，OVA致敏组中的各细胞亚群占比程度差异较大，与免疫细胞的联系性较高。

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成纤维细胞亚群的细分与基因差异

小鼠致敏皮肤成纤维细胞中分为16个簇，4个亚群。簇1 - 6中的细胞是产生I型胶原的成纤维细胞，以Col1a1和Col1a2的表达为特征。簇7 - 10是产生VIII/ IX胶原的成纤维细胞，其特征是Col8a1、Col8a2、Col9a1、Col9a2和Col9a3的表达。簇11和12中的细胞表达了具有真皮乳头成纤维细胞特征的Sst、Hhip和Sox2等基因。簇13中表达Myod1和Lypd2基因主要为肌成纤维细胞的特征。表达Mfap5、Cygb和Apod基因的14 - 16簇是脂成纤维细胞。在OVA致敏和盐水致敏的皮肤上，成纤维细胞亚群的关键基因表达存在重要差异。

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与盐水致敏皮肤相比，OVA致敏皮肤中产生I型胶原的成纤维细胞的Ccl8、Col5a2、Cxcl5、Il33和Postn表达增加，Sfn和Il1r2表达减少。此外，OVA敏感皮肤产生VIII/ IX胶原蛋白的成纤维细胞显示Ccl2、Ccl7和Fn1表达增加。OVA致敏后，真皮乳头成纤维细胞Lgr4表达增加，Hes1和Mmp3表达减少。OVA致敏皮肤的脂成纤维细胞显示Ccl8、Col5a2和Cxcl5表达增加。这些基因表达结果表明，成纤维细胞在皮肤重塑和免疫细胞浸润在过敏性皮炎中发挥重要作用。

角质细胞亚群的细分与基因差异

角质细胞包含13个簇，7个亚群。其中，1-2簇的细胞中Krt14、Krt5和Krt15的高表达，为表皮基底层特征。簇3表达Krt1和Krt10，具有棘层特征。第4簇的细胞表达Flg和Lor，具有颗粒层特征。第5-6簇的细胞，表达Krt17和Lrg5，具有毛囊外凸特征。簇8表达 Krt25、Krt27、Krt28 归为毛囊内凸类型I，簇9 ~ 11根据Plet1的表达定义为毛囊内凸类型II。第12簇细胞中表达Awat2、Far2、Acot5和Pnpla5，为皮脂腺。第13簇的细胞表达了Defb6和Cst6，这是上毛囊。（第7簇文章归为毛囊内突，我觉得归错了，应该为基底层类型）

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与成纤维细胞一样，OVA和盐水致敏的角质细胞具有差异性。在角质细胞中有关基因表达，与生理盐水组相比，OVA致敏组中大部分亚群显示Krt10和Krt2降低。基底层细胞Ccl27a和Atg5表达升高，棘层S100a11和Krtdap表达升高，颗粒层Flg、Lor和Tgm3等表达降低。此外，OVA致敏皮肤的毛囊内外突等亚群显示Krt1、Krt10和Krt2表达降低。综上所述，这些基因的差异表达证明过敏性皮肤炎症损害KC分化。

内皮细胞亚群的细分与基因差异

内皮细胞分布在4个簇中分为两个群。簇1的细胞特征是表达淋巴内皮基因Mmrn1、Flt4和Lyve1。簇2- 4的细胞主要是血管内皮基因Vwf、Esam和Ly6c1的表达。

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与生理盐水组相比，OVA致敏的血管内皮细胞Selp和Cxcl2表达增加，淋巴内皮细胞中Selp和S100a6表达增加。这部分结果表明，内皮细胞会吸引免疫细胞进入过敏性皮炎组织。

免疫细胞亚群中基因差异与实验验证

与生理盐水组相比，OVA组中的T细胞亚群的标志基因中显示Cd4表达增加，Trdc表达减少，TH22 (Ahr)、TH2 (Il13和Tnfrs4)以及调性T细胞(Ctla4和Tnfrs25)相关的基因表达增加。通过流式细胞仪显示，与生理盐水对照组相比，OVA组中CD4+T细胞的比例增加，而TCR (γδ+ )  T细胞的比例降低。整体上T细胞比例还是呈现增多趋势与前面SCrna数据中的比例变化呼应，证明大多数T细胞亚群确实在过敏性皮炎发生过程中起到作用。

巨噬细胞表达抗原呈递基因(H2-Ab1、H2-Aa、H2Eb1、H2-DMb1、H2-DMa和Cd74)、趋化因子Ccl8和Ccl6和脂肪酸转运蛋白Fabp5增加。

炎症巨噬细胞标志物如趋化因子(Ccl2、Ccl3、Cxcl1和Cxcl2以及炎症细胞因子Tnfa)的表达减少。证明过敏性皮炎发生过程中会导致巨噬细胞的功能发生变化。

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OVA组中的DCs中Irf8、Il12b、Fscn1、Cts2和Cd24a的表达增加，而Areg、Cd14、Ctss、Fcer1g和Fcgr3的表达降低。过敏性皮炎会促进皮肤DCs的炎症表型的发生。

OVA组中Mast/Baso亚群高表达了Il4、Il13、Mcpt8，证明过敏性皮炎中肥大细胞和嗜碱性细胞在其中起到作用。

流式细胞分析证实，与生理盐水组相比，OVA组中嗜碱性粒细胞(CD3-IgE+CD117-)和肥大细胞(CD3-IgE+CD117+)增加。

最后，仅在OVA皮肤中检测到TH2细胞因子Il4，而肥大/嗜碱性粒细胞是唯一表达该基因的亚群。OVA组中检测到的Il13高表达于生理盐水致组。Il4与Il13这两个基因在过敏性皮炎中是有关的致病基因，文章验证其在肥大/嗜碱性粒细胞中表达，而不是T细胞表达。

结论

1. 文章主要对抗原致敏小鼠皮炎的scRNA-Seq进行分析。主要对这13种不同亚群细胞类型的研究
2. 其中免疫细胞、成纤维细胞和内皮细胞在炎症的小鼠皮肤中扩增。免疫细胞主要影响疾病，其他类型的细胞亚群受到调控从而产生病变反应
3. 内皮细胞亚群中编码趋化因子的基因(Ccl8, Ccl2和Cxcl5)和参与组织重塑的分子(Tnc, Postn, Col5a2和Col6a3)表达增加，( Cxcl2、Sele和Selp)表达增加，这会吸引免疫细胞进行反应。
4. 成纤维细胞表达了更高水平的Il33和Prg4分子，参与抑制IL-1b和toll样受体激活诱导NF-kB激活使得成纤维细胞可能在AD患者皮肤感染易感性中发挥作用。
5. 角质细胞表现出角蛋白表达失调(Krt1、Krt2、Krt10和Krtdap)，基底层Atg5表达增加，屏障完整性重要基因(Flg、Lor和Tgm3)表达减少。
6. Cd4，TH2和Treg类型细胞数量增加，其标志基因高表达证明T细胞在皮炎中的具有一定免疫作用。
7. IL-4和IL-13在过敏性皮炎中起重要作用。文章确定Il4和ll13的主要来源是MC/嗜碱性粒细胞，而不是T细胞。
8. 巨噬细胞亚群中参与抗原呈递和替代巨噬细胞激活的基因表达增加。

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文献阅读感想

文献中免疫细胞亚群的比例太少了导致无法更细致的进行免疫亚群的探究。

文献给出了所有亚群的标志基因，更直观的观察各个亚群，但是各别亚群的注释是否能精确（内皮细胞的血管内皮应该可以更细分）（角质细胞中的个别亚群的注释是否精确）。

造模与疾病虽然相似但仍有微小差异

单细胞数据只是根据各个亚群中的某些特定基因进行分析，没有做更深层次的分析，没有探究亚群与亚群之间的关系。

文章的内容基础流程很完善，整体工作探究各个亚群的差异基因表达，从单细胞角度进一步研究过敏性皮炎中各个细胞亚群中的变化。