生信小课堂

研究概述：

动脉粥样硬化是一种免疫疾病，可导致动脉粥样硬化斑块的形成。当动脉粥样硬化斑块变得脆弱或不稳定时，它们可能会破裂，严重时会导致心肌梗塞或中风。免疫相关基因在免疫浸润中起着至关重要的作用。然而，免疫相关基因的特征及其在冠状动脉斑块脆弱性中的调控机制尚不清楚。作者通过单细胞转录组学数据比较了急性冠脉综合征（ACS）和稳定型心绞痛（SAP）患者冠状动脉斑块中免疫细胞的异质性，分别对应不稳定和稳定的斑块。此外，作者还在大量转录组学数据中验证了重要结果，并初步探讨了转录因子相关的调控机制。

研究结果：

作者从GSE184073数据集中获取了冠状动脉斑块中免疫细胞单细胞的数据。对T细胞，B细胞，单核细胞，NK细胞和巨噬细胞五种细胞类型进行了聚类（图1A, B)。结果显示，SAP组具有更多的T细胞，而ACS组具有更多的单核细胞（图 1C)。此外，巨噬细胞、T细胞和NK细胞表现出更高的纯度，而B细胞和单核细胞表现出更高的异质性（图1D)。为了进一步研究冠状动脉斑块调控网络的变化，作者使用了标志性基因集来评估ACS和SAP组之间途径的差异。有趣的是，单核细胞，巨噬细胞和T细胞显示出多种途径活性的上调，包括免疫学，代谢，信号传导和增殖的不同方面（图1E），这意味着冠状动脉斑块的脆弱性可能优先重塑这些细胞并诱导特定的功能状态。

图 1 解剖冠状动脉斑块中免疫细胞簇的免疫景观

作者鉴定出426个差异表达的免疫相关基因（DEIRG）（图2F），并确定DEIRGs活性（图2G），发现单核细胞和T细胞表达更多的基因（图2H）。由于这些细胞在ACS组中显著失调（图2C），所以他们进一步进行了来自冠状动脉斑块中免疫细胞簇的T细胞和单核细胞簇中差异表达基因（DEG）的功能分析，富集了抗原加工和免疫应答（图2 I-K）和一些经典信号传导途径。单核细胞和T细胞中DEG上调和下调的前15个结果主要与免疫应答相关。

图 2 差异表达的免疫相关基因（DEIRG）评分

随后，作者重建了分化轨迹。通过UMAP降维，由于有限的细胞，我们不能获得多个T细胞簇（图3A）。作者重建了细胞发育关系，并且发现了分化阶段（图3B）。细胞-细胞通信（cell–cell communication）的数量（配体-受体对）和强度都很高（图3C, D）。作者还检测到了冠状动脉斑块中的五个免疫细胞簇之间的40个显著途径，其中C-C基序趋化因子配体（C-C Motif Chemokine Ligand, CCL）信号传导途径显示最多的信号传导模式，T细胞显示最多的信号通路（图3E）。此外，作者发现最大数量的配体-受体对从T细胞簇发送到NK细胞簇（图S4 E）。此外，T细胞簇在CCL信号传导途径中表现出高表达（图3F-H），并且最显著的配体-受体对是CCL 5-CCR 1（图3I）。

（注：统一流形逼近与投影(UMAP:Uniform Manifold Approximation and Projection)是一种新的降维技术，其理论基础是黎曼几何和代数拓扑。）

图 3 细胞发育关系和信息交流

接下来，作者使用了BULK转录组学数据来验证他们的结果。在GSE59867和GSE62646的人外周血单核细胞中分别保留了总共1010和6373个失调的DEGs（图4A, B）。冠状动脉斑块中DEGs的功能分析集中于抗原加工和免疫应答（图4C, D），这与先前对冠状动脉斑块中免疫细胞簇的单核细胞和T细胞簇的表征一致。通过对单核细胞和T细胞簇的DEGs以及块DEGs的功能富集分析来聚焦免疫应答，作者进一步研究了冠状动脉斑块和人外周血单核细胞的单核细胞和T细胞簇之间DEIRG的共同表达特征。在冠状动脉斑块和人外周血单核细胞的不同细胞类型簇中鉴定了总共39种常见的DEIRG（图4E）。这些常见DEIRG的表达主要在来自冠状动脉斑块的不同细胞类型簇中失调（图4F）。此外，19种常见的差异表达转录因子（DETF）在人外周血单核细胞和冠状动脉斑块的T细胞和单核细胞簇的表达不同（图4G）。这些常见DETF的表达式示于图3 H、I中。所有19种DETF在单核细胞簇中均有活性（图4H），并且18种DETF在人外周血单核细胞中上调（图4I）。最后，蛋白质-蛋白质相互作用网络表明，CEBPB和SPI 1可能作为中枢转录因子在可能的调控机制中发挥关键作用（图4J，K）。

图 4 人外周血单核细胞的差异表达基因（DEGs）和常见的差异表达免疫相关基因（DEIRGs）和转录因子调控机制。

单细胞RNA测序是绘制动脉粥样硬化斑块的细胞和分子组成的理想方法，可以帮助找到新的精确的免疫疗法。由于斑块来源于颈动脉，冠状动脉粥样硬化的机制可能尚未完全阐明。作者提供了冠状动脉斑块的数据，以补充动脉粥样硬化的研究（图4）。使用10× genomics单细胞RNA测序平台表征来自ACS和SAP患者的冠状动脉斑块的CD45+免疫细胞。共区分5个免疫细胞簇，单核细胞和T细胞是免疫疗法的靶标。作者还在普通转录组学数据中验证了我们的结果，并初步探索了转录因子相关的调控机制。

图 5 总体研究设计示意图。

研究总结：

总之，作者使用相对标准的分析流程（relatively standard analysis pipelines）来揭示具有稳定和不稳定冠状动脉斑块的患者中的免疫细胞亚群及其转录组特征，并对所选的簇进行一些初步验证和转录调控的机制探索。单核细胞和T细胞之间的相互作用可能增强斑块的易损性，CEBPB参与动脉粥样硬化的转录调控。这篇论文的研究结果为了解冠状动脉斑块易损性的细胞和分子机制提供了重要信息，并可能有助于动脉粥样硬化的治疗。