單細(xì)胞測(cè)序揭示人椎間盤髓核退行性病變分子機(jī)制

腰椎間盤退變性疾�。↖DD），引起嚴(yán)重慢性腰腿痛，給患者及社會(huì)帶來極大負(fù)擔(dān)。目前多采用保守治療緩解癥狀，但復(fù)發(fā)率高。當(dāng)保守治療無效后，腰椎融合手術(shù)成為唯一有效的治療方法。但是該手術(shù)需要犧牲正常腰椎活動(dòng)度，存在鄰近節(jié)段椎間盤退變加速，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、花費(fèi)大等問題。深入研究腰椎間盤退變的發(fā)病機(jī)制，從分子水平延緩腰椎間盤退變，成為治療腰椎間盤退變性疾病的新方向。近期世界范圍內(nèi)發(fā)表的免疫反應(yīng)導(dǎo)致腰椎間盤退變的文獻(xiàn)較多，但免疫細(xì)胞誘導(dǎo)腰椎間盤退變的具體分子機(jī)制尚未闡明。因此，闡明免疫細(xì)胞誘導(dǎo)椎間盤退變的分子機(jī)制并尋找干預(yù)靶點(diǎn)對(duì)于IDD的臨床治療具有重要意義。

近日，上海市第一人民醫(yī)院付強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的郭松醫(yī)生（第一作者）在Frontiers in Immunology（IF=7.3）發(fā)表文章，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組深入研究人類退行性髓核（NP）骨化和椎間盤退行性病變的分子機(jī)制。
 

研究結(jié)果

本研究對(duì)4例同一病程的腰椎間盤病人髓核進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，通過聚類分群，鑒定了5個(gè)具有退行性NP基因表達(dá)譜的細(xì)胞群。NP作為免疫豁免的器官在病變后巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞顯著增加，免疫細(xì)胞的GO和KEGG功能富集分析，發(fā)現(xiàn)退行性NP中免疫反應(yīng)的激活，可能與ECM重構(gòu)有關(guān)，并進(jìn)一步參與誘導(dǎo)IDD。
 

圖1 退行性髓核的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜及功能分析

進(jìn)一步，作者對(duì)Blood cell和Stromal cell 進(jìn)行亞亞群分析，明確了在病變?nèi)巳褐蠺細(xì)胞占比明顯升高，此外，研究者還通過RNA速率發(fā)現(xiàn)基質(zhì)細(xì)胞分化為骨化表型的分子軌跡。

圖2 免疫細(xì)胞及Stromal細(xì)胞亞亞群分析

通過細(xì)胞互作分析，發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞可以通過免疫因子如TNF-ɑ、CD74和CCL-3，促進(jìn)基質(zhì)細(xì)胞向骨化表型分化，并在細(xì)胞層面和大鼠模型中驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)抑制NP中的TNF-ɑ可以緩解椎間盤骨化和退化，表明TNF-ɑ有可能作為IDD的治療靶點(diǎn)。

圖3 細(xì)胞互作驗(yàn)證及分子靶標(biāo)抑制劑驗(yàn)證

總之，本研究繪制了退行性髓核的細(xì)胞圖譜，確定了免疫細(xì)胞在誘導(dǎo)NP中基質(zhì)細(xì)胞向骨化表型分化的作用，并明確了一個(gè)延緩IDD的靶點(diǎn)，為IDD治療的藥物開發(fā)提供了可能性。該研究中單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)及生信分析服務(wù)由上海生物芯片有限公司提供。
 

文章鏈接：DOI：10.3389/fimmu.2023.1224627