DSP助力揭示急性胃腸道移植物抗宿主病激素反應(yīng)相關(guān)空間組織生態(tài)位

文章題目：Spatial Transcriptomics Reveals Distinct Tissue Niches Linked with Steroid Responsiveness in Acute Gastrointestinal GVHD

中文題目：空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示與急性胃腸道移植物抗宿主病激素反應(yīng)相關(guān)的不同組織生態(tài)位

見刊時間：2023.

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期刊名稱：Blood

影響因子：20.3

實驗平臺：GeoMx Digital Spatial Profiler (DSP)；Panel：WTA

樣本信息：32名下消化道急性GVHD患者FFPE組織

DOI：10.1182/blood.2023020644

 

 

文章摘要

 

嚴(yán)重的急性移植物抗宿主病(aGVHD)，特別是在類固醇耐藥(SR)病例中，與顯著的死亡率密切相關(guān)�？臻g轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可以闡明基于組織的相互作用，并可能為治療反應(yīng)提供預(yù)測指標(biāo)。該研究通過32例患者樣本，使用DSP技術(shù)捕獲來自免疫浸潤區(qū)、結(jié)腸上皮區(qū)和血管內(nèi)皮區(qū)不同部位進行轉(zhuǎn)錄組檢測。數(shù)據(jù)分析顯示，激素敏感病例的病灶以典型的細胞免疫(CMI)特征、正常分化的上皮細胞和發(fā)炎的血管系統(tǒng)為主。相反，在SR病例中，以中性粒細胞為主的非典型炎癥和再生上皮細胞以及血管生成內(nèi)皮反應(yīng)的一些指標(biāo)表達上調(diào)。對潛在預(yù)后生物標(biāo)志物的研究發(fā)現(xiàn)，USP17L家族基因在生存期惡化的患者的免疫細胞中顯著表達。

 

 

 DSP技術(shù)路線 

 

 

 

 

 文章結(jié)果 

 

1. 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)識別不同的免疫細胞

研究者使用DSP對32個aGVHD組織樣本進行了309個ROI的分析，這些ROI包括來自上皮、內(nèi)皮和免疫區(qū)域的總共720個AOI。免疫細胞出現(xiàn)在94%的ROI中，上皮細胞出現(xiàn)在78.6%的ROI中，內(nèi)皮細胞占比最少。研究者隨后將免疫細胞聚類成了兩個簇，IC1和IC2。研究者隨后進行了GSEA分析，結(jié)果顯示IC1富含與細胞周期和轉(zhuǎn)錄相關(guān)的DNA結(jié)合相關(guān)的基因。另一方面，IC2簇顯示經(jīng)典介導(dǎo)免疫通路，如TNFα和IFNγ信號通路顯著富集。IC1和IC2AOI之間的差異表達分析確定了驅(qū)動這些免疫反應(yīng)的相關(guān)基因。之后研究者使用了SpatialDecon去探究與這些基因有關(guān)的免疫細胞類型。結(jié)果顯示，IC2中包括樹突狀細胞和巨噬細胞在內(nèi)的關(guān)鍵抗原提呈細胞(APC)以及終末記憶CD8 T細胞，這與經(jīng)典的CMI反應(yīng)一致。相反，IC1以中性粒細胞為主，有漿細胞和幼稚(未刺激)的CD8T細胞的特征。再加上APC的缺失，這表明CMI受損，與IC1簇中的非常規(guī)、中性粒細胞(固有)和潛在的漿細胞(體液)免疫反應(yīng)有關(guān)，并與HG病理和SR疾病相關(guān)。研究者進一步分析了USP17L基因表達，發(fā)現(xiàn)與中性粒細胞百分比最相關(guān)，與巨噬細胞負(fù)相關(guān)，這表明USP17L基因在IC1生態(tài)位中的決定性作用。

結(jié)腸 aGVHD 的免疫區(qū)室轉(zhuǎn)錄分析

 

IC1 aGVHD 非典型免疫生態(tài)位特征

 

2. 根據(jù)炎癥反應(yīng)區(qū)分上皮細胞和血管內(nèi)皮細胞區(qū)域

研究者將上皮細胞也聚類成兩個簇(EC1和EC2)。隨后對上皮簇之間基因差異分析確定EC1為正常分化的結(jié)腸狀態(tài)，EC2為炎癥狀態(tài)，有再生干細胞的特征。值得注意的是，正常分化的EC1與LG病理分級相關(guān)，EC2與類固醇抵抗顯著相關(guān)。血管內(nèi)皮細胞還表現(xiàn)出兩個不同的簇，VC1和VC2。VC2簇顯示炎癥反應(yīng)(IL32)和細胞外基質(zhì)(COL6A2、TIMP1、TNC)基因表達。VC2顯示一些促血管生成因子(WNT10A、SCUBE2)的表達。這些簇在SS和SR患者之間沒有差別。

結(jié)腸 aGVHD 中結(jié)腸上皮和血管內(nèi)皮區(qū)室的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

 

3. 空間相關(guān)性分析顯示組織微環(huán)境生態(tài)位的差異

為了了解aGVHD反應(yīng)中不同細胞類型之間的關(guān)系，研究人員對免疫細胞、上皮細胞和血管細胞的基因信號相互關(guān)聯(lián)而形成的微環(huán)境生態(tài)位關(guān)系進行了分析。結(jié)果顯示，經(jīng)典細胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)(IC2)和正常分化上皮(EC1)的基因在空間上顯著聚集。此外，IC2與炎癥血管內(nèi)皮細胞VC2細胞相關(guān)。相反，盡管EC1-VC2和EC2-VC1有相互關(guān)聯(lián)的趨勢，但不同集群之間的上皮細胞和血管細胞的關(guān)系似乎是相似的。因此，在這群aGVHD樣本中，區(qū)域免疫反應(yīng)驅(qū)動了整體的細胞微環(huán)境反應(yīng)。總之，占主導(dǎo)地位的IC2-VC2-EC1細胞生態(tài)位反映了對類固醇敏感的經(jīng)典細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，而其他類型的細胞組合代表了一系列不同的類固醇耐藥病理。

 

結(jié)腸 aGVHD 免疫、上皮和內(nèi)皮區(qū)之間的空間轉(zhuǎn)錄相關(guān)性分析

 

 

4. 急性移植物抗宿主病預(yù)后生物標(biāo)志物的鑒定

研究者通過檢測存活率不同的患者的差異基因表達（不考慮他們的類固醇反應(yīng)），探索了預(yù)測診斷結(jié)果的可能性。值得注意的是，多個USP17L家族成員(USP17L3、USP17L7、USP17L11、USP17L12、USP17L15和USP17L17)是在低GI水平的患者，且6個月內(nèi)未復(fù)發(fā)死亡的患者中顯著表達。

為了進一步評估 USP17L 基因家族的預(yù)后相關(guān)性，他們進行了基于四分位數(shù)的評估。結(jié)果顯示，這些“高”表達USP17L 基因家族患者的生存期顯著縮短。

研究者在 aGVHD 隊列中通過 RNA-ISH 驗證了 USP17L 家族基因表達。然而， 數(shù)據(jù)顯示，RNA-ISH 測定結(jié)果并不能起到很好的預(yù)后效果區(qū)分。

 

與類固醇敏感性急性結(jié)腸移植物抗宿主病生存相關(guān)的生物標(biāo)志物

 

 

文章結(jié)論

該研究揭示了 aGVHD患者與皮質(zhì)類固醇治療反應(yīng)有關(guān)的腸道組織的空間基因表達特征。該研究強調(diào)了如何使用DSP平臺來識別潛在的基于組織的標(biāo)記物，以進行潛在的風(fēng)險分級。UPS17L是一個潛在的具有預(yù)后價值的生物標(biāo)志物。

類固醇反應(yīng)背景下結(jié)腸 aGVHD 病理生理學(xué)的擬議方案