單細(xì)胞技術(shù)在檢測(cè)銀屑病背后的炎癥反應(yīng)中的應(yīng)用

固有淋巴細(xì)胞 (ILC) 是一種存在于組織中，通過(guò)分泌信號(hào)分子來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)病原體免疫反應(yīng)的先天免疫細(xì)胞。當(dāng)這些細(xì)胞出現(xiàn)異常時(shí)，就可能導(dǎo)致過(guò)敏、哮喘和自身免疫性疾病。雖然人們對(duì)ILC2s了解很多，但對(duì)ILC3s如何參與銀屑病背后的炎癥反應(yīng)知之甚少。

在本期推送所帶來(lái)的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家將單細(xì)胞基因表達(dá)和染色質(zhì)狀態(tài)圖譜與生信分析相結(jié)合，以破譯這種炎癥性皮膚病中皮膚內(nèi)ILC之間的異質(zhì)性。

銀屑病作為一種自身免疫性疾病，其癥狀主要表現(xiàn)為皮膚出現(xiàn)紅色、發(fā)炎的斑塊，通常伴隨干燥、發(fā)癢和鱗片狀。這種皮膚細(xì)胞的積累會(huì)觸發(fā)免疫系統(tǒng)，而免疫系統(tǒng)則會(huì)將這種皮膚細(xì)胞誤認(rèn)為是病原體，但這其中所涉及的機(jī)制途徑尚不清楚。

效應(yīng)細(xì)胞是在免疫反應(yīng)中被激活的相對(duì)短命的細(xì)胞。在健康人群中，大多數(shù)效應(yīng)皮膚ILC是五組ILC之一的ILC2^[1]。而在患有銀屑病的人類和小鼠皮膚中發(fā)現(xiàn)存在ILC3^[2]，并且會(huì)隨著治療而減少^[3]，這表明是ILC3導(dǎo)致了銀屑病的炎癥特征。然而，尚不清楚ILC2和ILC3的組成在銀屑病進(jìn)展過(guò)程中是如何或何時(shí)發(fā)生變化的。

圖片來(lái)源：Kazlouskaya V, Collins MK. Psoriasis. PathologyOutlines.com

在Bielecki等人的一項(xiàng)研究中，使用10x單細(xì)胞基因表達(dá)和單細(xì)胞ATAC（轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測(cè)定法）發(fā)現(xiàn)皮膚ILC不是以離散狀態(tài)存在的，而是沿著一個(gè)連續(xù)體存在，這是一種易致病的、靈活的細(xì)胞狀態(tài)，可能會(huì)被環(huán)境壓力源或其他誘因完全激活^[4]。這對(duì)免疫學(xué)家如何研究銀屑病以及他們?nèi)绾未_定哪些細(xì)胞或過(guò)程可能成為治療靶點(diǎn)都十分有意義。

用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示ILC異質(zhì)性

研究使用銀屑病小鼠模型，在疾病進(jìn)展的不同階段，對(duì)從耳部皮膚細(xì)胞分離的ILC進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序 (scRNA-seq)。發(fā)現(xiàn)細(xì)胞跨越了一個(gè)反映流體狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄連續(xù)體，包括靜息狀態(tài)和ILC2效應(yīng)狀態(tài)。

使用數(shù)據(jù)模型來(lái)捕獲疾病發(fā)展過(guò)程中的不同時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)其基因表達(dá)程序描述主要類型的細(xì)胞。研究標(biāo)記了其中三種狀態(tài)：

“類靜息態(tài)”，其中基因活動(dòng)代表靜息、初始和中樞記憶T細(xì)胞；

“ILC2”，具有與ILC2和輔助T細(xì)胞-2相關(guān)的基因以及趨化因子基因；

“ILC3樣”，一種時(shí)間依賴性基因表達(dá)程序，促炎、ILC3和輔助T細(xì)胞-17相關(guān)基因增加。

在小鼠模型中，隨著疾病的進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)體轉(zhuǎn)變?yōu)榘�含ILC3樣細(xì)胞的一個(gè)亞群，這些細(xì)胞也表達(dá)ILC2特有的細(xì)胞因子特征。對(duì)更多的數(shù)據(jù)分析推斷出這些ILC3樣細(xì)胞能夠從多種細(xì)胞狀態(tài)中產(chǎn)生，包括從靜息細(xì)胞、ILC2和其他皮膚ILC轉(zhuǎn)化而來(lái)。

染色質(zhì)可及性分析證實(shí)了類ILC3轉(zhuǎn)變的可能性

為了測(cè)試銀屑病發(fā)病前染色質(zhì)是否表現(xiàn)出過(guò)渡傾向，他們對(duì)來(lái)自初始和白細(xì)胞介素 (IL)-23誘導(dǎo)（第4天）小鼠的ILCs進(jìn)行了單細(xì)胞ATAC-seq。IL-23刺激ILC3產(chǎn)生細(xì)胞因子IL-17和IL-22，導(dǎo)致銀屑病中的皮膚炎癥。與scRNA-seq分析結(jié)果相似，基于染色質(zhì)可及性的基因活性顯示，在誘導(dǎo)前和誘導(dǎo)后，細(xì)胞中ILC2特異性基因都活躍，而ILC3特異性基因在誘導(dǎo)后更活躍。相反，與ILC2偏向和靜息樣皮膚ILCs相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)在細(xì)胞誘導(dǎo)前是可接近的，并且隨著銀屑病被刺激而增加，這使得這些細(xì)胞有可能產(chǎn)生ILC3樣反應(yīng)。

ILC靈活細(xì)胞狀態(tài)的發(fā)現(xiàn)開啟銀屑病研究的新模式

使用銀屑病小鼠模型，Bielecki等人利用單細(xì)胞技術(shù)表征了皮膚ILC及其在疾病進(jìn)展過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)镮LC3的可能。通過(guò)該研究我們可以知道這些細(xì)胞生活在連續(xù)體狀態(tài)，而不應(yīng)再被視為離散的細(xì)胞類型，此外，這種靈活的細(xì)胞狀態(tài)可能會(huì)增加皮膚的彈性。以上這些將大大有助于改善科學(xué)家未來(lái)設(shè)計(jì)研究銀屑病的方式。

參考文獻(xiàn)：

• [1] Spencer SP, et al. Adaptation of innate lymphoid cells to a micronutrient deficiency promotes type 2 barrier immunity. Science 343: 432–437 (2014). doi: 10.1126/science.1247606

• [2] Teunissen MBM, et al. Composition of innate lymphoid cell subsets in the human skin: enrichment of NCR+ ILC3 in lesional skin and blood of psoriasis patients. J Invest Dermatol 134: 2351–2360 (2014). doi: 10.1038/jid.2014.146

• [3] Villanova F, et al. Characterization of innate lymphoid cells in human skin and blood demonstrates increase of NKp44+ ILC3 in psoriasis. J Invest Dermatol 134: 984–991 (2014). doi: 10.1038/jid.2013.477

• [4] Bielecki P, et al. Skin-resident innate lymphoid cells converge on a pathogenic effector state. Nature 592: 128–132 (2021). doi: 10.1038/s41586-021-03188-w