今天跟大家分享一篇近期發(fā)表的三大熱門組學(xué)共同揭示特應(yīng)性皮炎（AD）中復(fù)雜炎癥細胞網(wǎng)絡(luò)的文章，文章標題：Spatial transcriptomics combined with single-cell RNAsequencing unravels the complex inflammatory cell network in atopic dermatitis
研究背景
特應(yīng)性皮炎 (AD) 是一種慢性炎癥性皮膚病，影響全球高達 3%–5% 的成人和 20% 的兒童。發(fā)病機制復(fù)雜，AD 皮膚中的細胞間關(guān)系尚未完全了解。
樣本及數(shù)據(jù)信息
檢測空間基因表達的皮膚組織取自 6 名健康對照 (HC) 供體和 7 名 AD 患者的上臂。在單細胞實驗中，分析了 4 個 AD 病變和 5 個肘窩健康皮膚以及全層皮膚活檢（4 個 AD 和 2 個 HC）的單細胞數(shù)據(jù)。還對 36 名 AD 患者和 28 名 HC 的血清樣本進行了 olink 蛋白組學(xué)測定。
研究結(jié)果
(1) 特應(yīng)性皮炎皮損的空間基因圖譜分析
作者對非病變 (NL) 和病變 (LS) AD 皮膚進行了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序，并將它們與健康皮膚進行比較（HC）。利用高表達基因和病理學(xué)結(jié)果相結(jié)合進行初步的細胞聚類。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LS 樣本中真皮上層有明顯的白細胞浸潤表達增加。
(2) 特應(yīng)性皮炎皮損和白細胞浸潤區(qū)的細胞結(jié)構(gòu)
作者為了進一步探究白細胞浸潤區(qū)的細胞特征，將單細胞數(shù)據(jù)與空轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，對空轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進行更精確化的細胞注釋。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，T 細胞、DC 和巨噬細胞共定位于 AD 皮損的白細胞浸潤區(qū)域，靠近表皮的真皮上層，在 HC 和 NL 皮膚中數(shù)量較少。并且在該區(qū)域，CCL18、CCL19 和 CCL21 的基因表達高度上調(diào)。
圖 1.LS 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)切片中細胞類型預(yù)測分數(shù)的空間特征圖及 "白細胞浸潤" 群組中前 20 個高表達基因熱圖
(3) 識別病變皮膚白細胞浸潤區(qū)中的活化成纖維細胞和樹突狀細胞
對獨立 AD 隊列的 19 個全層皮膚活檢進行 RNA-seq 分析，檢測到 LS 中 CCL19、CCR7、CCL17、CCL22 和 TNC 的基因表達增加（圖 3A）。為了探索 AD 中不同細胞類型如何通過配體 - 受體對 CCL19 和 CCR7 的表達來促進免疫活性，作者將單細胞數(shù)據(jù)進行細胞亞類劃分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在皮膚中多種細胞類型，包括基底角質(zhì)細胞和平滑肌細胞都表達 CCL19。COL18A1+ 成纖維細胞和 LAMP3+DC 是 CCL19 的兩大來源。LAMP3+DC 是 CCR7 陽性細胞中的主要細胞類型，這可能表明這兩種細胞類型之間存在相互作用。之后通過病理學(xué)切片發(fā)現(xiàn)，COL18A1+ 成纖維細胞遍布整個真皮，但活化 COL18A1+ 成纖維細胞特別集中在 LS 的白細胞浸潤區(qū)域，并與 LAMP3+DC 共定位。
圖 2. AD 患者 RNA-seq 相關(guān)基因表達情況及單細胞數(shù)據(jù)中 CCL19 與 CCR7 基因表達細胞的分布
(4) 特應(yīng)性皮炎皮損位置巨噬細胞的空間特征
LS 中白細胞浸潤區(qū)域 CCL18 高度上調(diào)。因此，作者探究了 AD 患者皮膚中 CCL18 的來源。結(jié)果發(fā)現(xiàn) M1 巨噬細胞表達 EGFR 配體雙調(diào)蛋白 (AREG)，但不表達 CCL13 和 CCL18，而 M2 巨噬細胞僅在 AD 病變中表現(xiàn)出 CCL13 和 CCL18 的高表達。并且在 CCL13 和 CCL18 的空間基因表達共定位中也發(fā)現(xiàn)，LS 中白細胞浸潤區(qū)域有大量的 M2 巨噬細胞。
圖 3. 特應(yīng)性皮炎中表達 CCL13 和 CCL18 的 M2 巨噬細胞的鑒定
(5) 組織和血清中與成纖維細胞、DC 和巨噬細胞相關(guān)的蛋白質(zhì)水平與 AD 的嚴重程度相關(guān)
作者使用免疫熒光和免疫組化技術(shù)進一步研究了皮膚中表達 COL18A1+ 的 TNC 成纖維細胞和 M2 巨噬細胞的定位情況。結(jié)果顯示，在 AD 患者的皮膚中，TNC 特別定位于表達 COL18A1 的細胞周圍，并且在 LS 中顯著增加。表達 CCR7 的細胞顯示在病變皮膚的白細胞浸潤區(qū)域，并且與表達 CCL19 的 1B10+（成纖維細胞表面標記）成纖維細胞非常接近。
同時作者為了研究這種細胞特征是否與血清生物標志物表達模式相一致，使用了 AD 患者血清樣本進行蛋白質(zhì)組學(xué)測定（olink）。結(jié)果顯示 AD 患者血清中三種生物標志物（CCL18、TNC、REG1A）增加顯著。并且與特應(yīng)性皮炎評分（SCORAD) 顯著相關(guān)。
圖 4. 細胞中基因表達特征與血清生物標志物表達模式相一致
(6) AD 病變皮膚白細胞浸潤區(qū)配體與受體之間的相互作用
空轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)分析表明，白細胞趨化因子、細胞因子介導(dǎo)的信號通路和細胞外基質(zhì)組織相關(guān)受配體對的表達在 LS 中顯著相關(guān)，但在 HC 或 NL 中則不然。這些受配體對包括 CCL19-CCR7、COL4A1-CD93、MRC1-PTPRC，以及 CD3 和 CD1B 的相互作用。繪制受配體對熱圖，結(jié)果顯示，COL18A1+ 成纖維細胞和 LAMP3+DC 或 LAMP3+DC 本身就是 CCL19-CCR7 對的主要來源。COL4A1-CD93 對之間的相關(guān)性表明 COL18A1+ 成纖維細胞和 M2 巨噬細胞之間可能存在相互作用。CD14-ITGB2 和 MRC1-PTPRC 對代表 LS 中白細胞浸潤區(qū)域中 M2 巨噬細胞和 T 細胞之間的顯著相互作用。其他受配體對（例如 C3-IFITM1）表明 COL18A1+ 成纖維細胞和 T 細胞之間存在相互作用。
圖 5. 受配體對熱圖
結(jié)論
在本研究中，空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)在皮膚活檢中的整合能夠更加清晰的剖析細胞定位，并識別新的細胞亞群、新分子的表達以及鄰近細胞之間的相互作用。文章不僅對細胞 - 基因表達特性的類型進行解析，還識別了白細胞浸潤和駐留組織細胞的詳細特征以及它們之間的相互作用。并且與蛋白組學(xué)技術(shù)相結(jié)合，闡述了外周血中的相關(guān)蛋白的表達情況，也為尋找特應(yīng)性皮炎的生物標志物打下了基礎(chǔ)。
