美国范德比尔特大学NC新作：一群“捣蛋鬼”细胞成为疾病研究主角，其实学会这个思路并不复杂！

i生信 · 公众号 · · 2024-09-19 11:19

主要观点总结

本文研究了克罗恩病（CD）患者肠道中的特殊上皮细胞类型LND细胞，发现这种细胞在CD活跃期中起着重要作用。通过单细胞测序技术和多重实验验证，文章揭示了LND细胞的特征、功能及其在CD中的作用机制。

关键观点总结

关键观点1: 研究发现新型细胞群体LND细胞

通过单细胞RNA测序，发现CD患者回肠和升结肠中的一种与CD相关的特殊上皮细胞类型LND细胞。这类细胞在CD活跃期显著增多，并与免疫细胞相互作用。

关键观点2: 挖掘LND细胞的功能

通过Transwell迁移实验评估LND细胞对免疫细胞迁移的影响，并通过空间转录组技术分析LND细胞与免疫细胞在组织中的共定位模式，揭示它们的空间相互作用。

关键观点3: 验证LND细胞在IBD中的作用

比较非IBD对照组、IBD不活跃期和IBD活跃期患者样本中的LND细胞比例，发现LND细胞在IBD活跃期显著增多。通过全基因组关联研究分析LND细胞是否直接参与IBD的病理过程，并研究LND细胞如何影响免疫细胞，特别是它们如何与TNF信号通路相互作用。

关键观点4: 研究亮点

研究发现了CD患者中的新型细胞群体LND细胞，揭示了其特征和功能。此外，研究还表明LND细胞的亚群比例与抗TNF治疗的反应相关，为开发新的治疗策略和预测工具提供了可能。

正文

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克罗恩病（ CD ），肠道铺路石样改变，相信大家对于这个典型特征记忆犹深吧！今天同大家分享的文献就是从 CD 中发现了一群 “ 捣蛋鬼 ” 细胞，这群细胞在 CD 的活跃期中，起着至关重要的作用。这群“坏小子”也正是今天文章的主角。

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扫码备注：科研合作

今天同大家好好分析一下，作者是怎么从干湿两方面入手分析的，这一思路能否移植到其他疾病中，使得小伙伴们换一个自身熟悉的领域，复刻此类思路。今天，大家不妨随着小编一起来学习一下这篇文章，看看是否能有所收获。

文章标题： Identification and multimodal characterization of a specialized epithelial cell type associated with Crohn's disease 。

主要研究内容

本文通过单细胞测序（主要技术）分析了 CD （研究疾病类型）患者的末端回肠和升结肠细胞，发现了一种与 CD 相关的特殊上皮细胞类型 “LND” （关键细胞群）能与免疫细胞相互作用，在 CD 活跃期中发挥作用。研究还揭示了 LND 细胞的早期和晚期亚群，它们具有不同的起源和发育潜力，晚期 LND 细胞比例与抗 TNF 治疗效果更佳相关（临床转化）。

科学问题

1. 他们 如何发现 LND 这群细胞的？

作者首先分析了来自 83 名 CD 患者和 18 名非炎症性肠病（ IBD ）对照者的 170 个样本中的近 20 万个细胞，并使用 Louvain 聚类算法对单细胞数据进行分析，以识别不同的细胞群体，发现 LND 细胞高表达 LCN2 、 NOS2 和 DUOX2 等基因，这些基因与抗菌反应和免疫调节相关。但是光分析还是不够的，作者随即通过原位 RNA 和蛋白质成像技术， HCR-FISH 和多重免疫荧光验证了 LND 细胞的存在和位置。（从单细胞分析到实验验证新兴细胞群体的存在是非常典型的一种验证手段，大家可以学习一下）

2. 既然发现了新的细胞群体，那么又是如何挖掘出这群细胞功能的？

作者通过 Transwell 迁移实验评估 LND 细胞对免疫细胞（如单核细胞）迁移的影响，验证 LND 细胞在免疫细胞招募中的作用。此外，还通过空间转录组技术分析 LND 细胞与免疫细胞在组织中的共定位模式，揭示它们在空间上的相互作用。

3. 作者是如何验证 LND 这群细胞在 IBD 中作用的？

作者比较了非 IBD 对照组、 IBD 不活跃期和 IBD 活跃期患者样本中的 LND 细胞比例，发现 LND 细胞在 IBD 活跃期显著增多。此外，利用全基因组关联研究（ GWAS ）中确定的 IBD 风险位点，通过算法（如 SNPsea ）分析这些风险位点附近的基因在 LND 细胞中的表达特异性，以评估 LND 细胞是否可能直接参与 IBD 的病理过程。

同时，作者还研究了 LND 细胞如何影响免疫细胞，特别是它们如何与 TNF 信号通路相互作用，以及这些相互作用如何影响 IBD 患者的治疗反应。总的来说，作者从不同患者组织样本中细胞的比例、 GWAS 分析出的风险位点和对 TNF 信号通路多个角度，去验证同一个问题， LND 如何去影响 IBD ，这个思路大家可以学习一下，使得证据更加充分。

关键实验技术

本文是一篇典型的干湿结合的文章，但是能够发到 NC 上的干湿结合文章，各个方面都不会落下，不管是生信分析的手段，还是实验上做的验证，抑或是临床样本的使用，每一个拿出来都是很抗打的。

通过单细胞 RNA 测序识别出 LND 细胞群并分析其基因表达特征。
使用多重免疫荧光在组织切片中同时检测多种蛋白质的表达和定位，进一步验证 LND 细胞的标记蛋白。
空间转录组分析组织切片中基因表达的空间分布，揭示 LND 细胞与免疫细胞的空间关系。
通过 SNPsea 识别与 GWAS 风险位点相关的细胞类型，分析 LND 细胞是否表达 IBD 风险基因。

研究亮点

1.发现 CD 患者中的 “ 捣蛋鬼 ” 细胞

研究单细胞 RNA 测序技术在 CD 患者的肠道样本中识别出了一种新的上皮细胞类型，即 LND 细胞，这群细胞非 IBD 对照组中罕见，但在 CD 活跃期显著增多。且 LND 细胞的表征揭示了它们高表达与抗菌反应和免疫调节相关的基因，如 LCN2 、 NOS2 和 DUOX2 ，这为理解 CD 的免疫病理机制提供了新的视角。

2.临床转化意义

LND 细胞的亚群比例与抗 TNF 治疗的反应相关，晚期 LND 细胞比例较高的患者对治疗有更好的反应，这可能有助于开发新的治疗策略和预测工具，以个性化治疗 CD 患者。

思路拓展

大家可能觉得光看一篇文章不够过瘾，不妨让我们再来看一篇同样发表在 Nature Communications 上思路类似的文章。

在这项研究中，研究者同样利用 scRNA-seq 对人类胰岛细胞在内质网和炎症应激条件下的转录特征进行了深入分析，鉴定了 14 种不同的细胞群，并发现 β 细胞、 α 细胞和导管细胞（定位细胞群体）在应激条件下表现出最大的转录反应。

其中，发现了 CIB1 的基因在应激条件下在胰岛细胞中的表达上调，并通过干细胞衍生的胰岛（ SC-islets ）模型进一步研究了 CIB1 （关键基因，类似上文中 TNF 的切入点）在维持胰岛健康中的作用。

随后，对 CIB1 进行了敲低或过表达，发现能够显著影响干细胞衍生胰岛的胰岛素分泌和细胞凋亡。

此外，研究者还利用 ATAC 测序技术，探索了染色质状态在糖尿病相关应激下的变化，揭示了与 T1D 风险变异相关的染色质可及性变化。这一发现为开发新的糖尿病治疗策略提供了潜在的细胞类型特异性靶点。

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