别再没苦硬吃了，你的福气来了！国家呼吸医学中心团队：“单细胞测序＋公共数据库”，带你开学弯道超车！

文摘 2024-08-31 18:02 上海

嘿嘿~亲爱的小伙伴们，阿星带着满腔热情和激动的心情又和大家见面啦！好东西自然是要和大家一起分享的嘛！这次继续来给大家分享最近读到的好文章哦~这次的主人公是我们国自然领域中的当红明星“炎症”，那么它这次又和谁一起搭档火出圈了？没错！就是我们的老朋友“单细胞测序”！他们究竟产生了怎样的火花呢？感兴趣的话就跟随阿星的脚步一起看下去吧！

1、整合多组学数据：结合转录组数据、组织病理学评分和实验验证，提供了更为全面的视角来理解IPAH的炎症机制。

2、高通量筛选和组织病理学评分的整合：文章中利用生物信息学方法，在大量数据当中筛选出与IPAH炎症紧密相关的基因，提高了研究的效率和准确性。同时，还将转录组数据与组织病理学评分相结合，提高了识别关键基因的准确性和相关性。

3、单细胞测序：文章中利用先进生信技术单细胞RNA测序技术，可以很好的分析关键基因在特定细胞类型中的表达，有助于深入理解其调控机制。

（ps：我相信小伙伴们一定是知道炎症一直以来都是国自然领域的一个热点吧！这篇文章将它与单细胞测序相结合真是一个非常巧妙的思路呀！如果你也对这个感兴趣的话，那么不妨扫下面的二维码来和阿星聊聊~）

l题目：一项新的组织病理学和单细胞RNA-seq的整合分析揭示了特发性肺动脉高压中CCL5介导的T和NK细胞与血管细胞的相互作用

l杂志：Journal of Translational Medicine

l影响因子：IF=6.1

l发表时间：2024年5月

公众号回复“888”，即可领取原文献240831

研究背景

特发性肺动脉高压（IPAH）是一种严重的肺部血管疾病，它以肺动脉血管阻力的持续增高和右心室功能衰竭为特点。IPAH的病理机制相当复杂，炎症和免疫失衡在该病的起始和进展中扮演着重要角色，然而，这些机制的具体过程仍然有待进一步阐明。目前，虽然已有多种药物被用于治疗IPAH，它们主要通过降低肺血管的张力来减轻症状，但这些治疗手段并没有从根本上阻止血管结构的重塑。因此，如何改善IPAH患者的长期预后，仍然是医学界面临的一个重大挑战。

研究思路

文章首先通过GEO数据库检索并获取了特发性肺动脉高压（IPAH）患者的肺组织转录组数据，并与健康对照组的数据进行了比较。接着，研究者识别出了与IPAH炎症过程相关的基因，并结合血流动力学指标和组织病理学评分，进一步筛选出了关键基因。为了验证这些关键基因在肺动脉高压中的作用，研究团队采用了野百合碱（MCT）诱导的大鼠模型，观察这些基因的表达模式。最终，通过单细胞RNA测序技术（scRNA-seq），研究者确定了表达这些关键基因的特定细胞类型，并分析了这些细胞之间的相互作用。

研究结果

1、识别与炎症评分相关的基因共表达模块

研究团队利用GEO数据库中的GSE117261微阵列测序数据集和GSE169471单细胞RNA测序数据集，构建了一个基因共表达网络，并进行了深入的相关性分析。这项分析涵盖了24位特发性肺动脉高压（IPAH）患者的临床数据以及21位对照组样本。结果成功识别出了27个基因共表达模块。进一步分析显示，其中一个绿色模块与炎症评分具有显著的相关性。此外，研究还发现炎症评分与IPAH患者的平均肺动脉压（mPAP）和肺血管阻力（PVR）呈现明显的正相关关系（mPAP的相关系数R为0.42，p值为0.039；PVR的相关系数R为0.46，p值为0.023）。

图1 通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定炎症评分相关基因。A. Spearman相关散点图显示炎症评分与平均肺动脉压（mPAP）之间的关系。B. 炎症评分与肺血管阻力（PVR）的Spearman相关散点图 C. 各种软阈值功率的网络拓扑进行分析图 D. 由WGCNA识别的基因模块的层次聚类生成的树状图 E. 模块特征关系的热图。

2、IPAH中炎症相关deg的鉴定及其功能

研究团队运用了"limma"软件包对特发性肺动脉高压（IPAH）患者与健康对照组的基因表达数据进行了差异表达分析，然后筛选出了一部分差异表达的基因（DEGs），并将这些DEGs与炎症评分密切相关的基因模块进行对比，筛选出与炎症反应有关的DEGs。随后，研究人员利用GO和KEGG数据库对这些炎症相关的DEGs进行了功能富集分析，以探究它们在生物学过程和信号传导途径中的潜在功能。与此同时，CXCL9和CCL5这两种趋化因子在吸引和激活免疫细胞方面起着关键作用。

图2 特发性肺动脉高压（IPAH）的综合基因表达及富集分析。 A. IPAH和正常样本之间的差异表达基因（DEGs）的火山图 B.与炎症评分相关的维恩图 C. 对22个交叉基因进行基因本体论（GO）富集分析，将其分为生物过程（BP）、细胞成分（CC）和分子功能（MF） D. KEGG通路分析

3、血管炎症的中心基因的发现

研究团队运用GO和KEGG数据库对与炎症相关的DEGs（差异表达基因）进行了深入的功能富集分析。为了进一步验证这些关键基因的表达情况，研究团队采用了野百合碱（MCT）诱导的大鼠肺动脉高压模型，并运用实时定量PCR（RT-qPCR）技术对肺组织样本进行了检测。结果显示，在MCT处理后的大鼠肺组织中，Cxcl9、Ccl5和Gzma基因的表达水平显著增加。通过对GSE169471单细胞RNA测序数据的分析，研究者发现CCL5在T细胞和自然杀伤（NK）细胞中的表达特别活跃，并且这些细胞通过CCL5与血管内皮细胞、平滑肌细胞及成纤维细胞之间发生相互作用。

图3 特发性肺动脉高压（IPAH）中炎症相关枢纽基因的特征和诊断潜力。A. 蛋白蛋白相互作用网络说明了22个炎症相关基因之间的相互连接，用线表明了相互作用。B.六种不同算法识别的枢纽基因的交集的UpSet图 C. 4个枢纽基因在IPAH与对照组之间的表达水平的小提琴图 D. 受试者工作特征ROC曲线。

4、MCT大鼠模型中枢纽基因的表达

研究团队通过实时定量PCR（RT-qPCR）检测，发现在MCT诱导的肺动脉高压大鼠肺组织中，Cxcl9、Ccl5和Gzma的表达水平显著升高。对MCT组和对照组大鼠的肺组织进行了Hematoxylin和Eosin染色，评估了肺动脉的形态变化。结果显示，MCT组大鼠的肺动脉出现了显著的血管重塑特征，如偏心性增厚和内膜闭塞性增厚。研究人员发现，升高的Cxcl9、Ccl5和Gzma表达水平可能与MCT诱导的肺动脉高压模型中的血管炎症和重塑过程密切相关。这些基因可能成为未来IPAH诊断和治疗的新靶点，有助于开发更有效的治疗策略。

图4 野百合碱诱导的肺动脉高压大鼠模型中hub基因的表达。A. 柱状图显示右心室收缩压（RVSP），表明MCT组（MCT）较对照组（Ctrl）显著升高（***p<0.001）。B. 柱状图显示心脏重量比值（RV/（LV+S），右心室与左心室+隔膜），MCT组显示显著增加（**p<0.01）。C. 苏木精和伊红（H&E）染色的大鼠肺切片，显示肺血管的形态学变化；比例尺代表50 μm。D-G.RT-qPCR检测Ctrl组间Gzma (D)、Gzmk (E)、Ccl5 (F)、Cxcl9和G)基因的相对mRNA表达水平。

5、枢纽基因的细胞调控网络的描述

研究团队利用单细胞RNA测序技术(scRNA-seq)对先前确定的四个与炎症相关的中心基因（GZMA、GZMK、CCL5和CXCL9）进行了深入的细胞层面表达模式分析，并探讨了它们之间的相互作用网络。通过这项技术，他们发现GZMA、CCL5和CXCL9在T细胞和自然杀伤(NK)细胞中表达水平较高，而GZMK的表达则没有在细胞层面显示出显著差异。CCL5不仅在T细胞和NK细胞中表达，还通过多个受体促进这些免疫细胞与血管内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞之间的相互作用。这些发现为理解特发性肺动脉高压(IPAH)的炎症机制提供了新的视角和科学依据。

图5 特发性肺动脉高压（IPAH）中细胞类型特异性基因表达和细胞间相互作用的单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析 A.统一流形近似和投影（UMAP）可视化说明了在正常和IPAH肺样本中识别的不同细胞群，每个簇代表一个独特的细胞类型。B. 小提琴图描绘了在已识别的细胞类型中选定的标记基因的表达谱，每个小提琴代表在特定细胞类型内的分布 C. UMAP图显示了CCL5和GZMA在所有注释细胞类型中的表达强度，颜色强度表示表达水平。D. 小提琴图对比了IPAH和正常样本中T细胞和自然杀伤（NK）细胞中CCL5的表达，突出了显著差异（***p<0.001）。E. 配体-受体相互作用圆图详细描述了CCL5介导的T细胞、NK细胞、血管内皮细胞（VECs）、平滑肌细胞（SMCs）和成纤维细胞之间的潜在通信通路，表明IPAH肺组织微环境中存在一个复杂的细胞间信号网络。统计注释：***p<0.001

文章小结

这篇文章巧妙地融合了转录组学数据、单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，以及与临床紧密相连的炎症评分，构建了一个全面深入的分析框架。这个框架不仅为我们揭示了特发性肺动脉高压（IPAH）中炎症相关基因及其细胞调控网络的复杂性，还为理解IPAH的病理机制和探索潜在的治疗方法提供了宝贵的新视角。我相信，大家在阅读了这篇文章之后，一定能感受到"炎症"与"单细胞测序"结合的创新思路是多么的有启发性！如果你在科研道路上正苦于寻找课题思路，那么赶快扫码来和阿星聊天呀！阿星帮你定制属于你的SVIP思路哦~

阿星有话说

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31 August 2024

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