当前，越来越多的科学家通过使用单细胞和空间技术来推动研究进展，实现科研突破，并且这些新的发现往往是使用bulk RNA测序分析无法实现的。本期推送所带来的几项研究聚焦于单细胞和空间技术如何用于深入了解神经退行性疾病、复杂组织以及与免疫耐受有关的疫苗反应。
单细胞和空间技术与神经退行性疾病
2020年发表在Nature上的一项研究发现[1]，阿尔茨海默症 (AD) 患者的脑脊液中有大量免疫T细胞。这些T细胞不仅徘徊于受损的神经元附近，与AD患者的认知障碍息息相关，同时还可识别一种常见的病毒——EB病毒。这些免疫T细胞是否就是AD的元凶呢？研究人员通过对来自多组AD和轻度认知障碍 (MCI) 患者的脑脊液 (CSF) 细胞进行免疫单细胞RNA测序 (scRNA-seq)，以揭示可能用作于早期识别痴呆症的潜在生物标志物的变化。
研究人员首先对AD和MCI患者的外周血单个核细胞 (PBMC) 进行质谱分析，以揭示AD的免疫特征，该特征包括数量增加的促炎外周血T细胞亚群和一种CD8+ T效应记忆CD45RA+ (TEMRA)细胞。然后，研究转向单细胞免疫分析，对第二组患者的PBMC进行scRNA-seq，发现MCI和AD患者的CD8+TEMRA细胞中T细胞受体 (TCR) 和细胞因子信号传导增加。通过在第三组中应用单细胞TCR测序 (scTCR-seq)，证明AD患者的脑脊液中存在克隆扩增的CD8+ TEMRA细胞。
虽然炎症（先天免疫反应的结果）是AD的标志，但该发现强调了适应性免疫反应的作用，以及在这种神经退行性疾病过程中大脑内免疫细胞的复杂相互作用。
2021年发表在Science上的一项研究发现[2]，CD4+ T细胞有助于路易体痴呆症(LBD)的神经退行性变。研究称T细胞会侵入LBD患者的大脑，使核蛋白聚集，并且发现与IL17A+多巴胺能神经元有关。研究人员首先进行免疫组化，以初步鉴定位于LBD和帕金森病 (PD) 患者脑黑质中的T细胞。
接下来，为了确定哪种类型的T细胞可能已经渗入中枢神经系统，研究人员分析了健康对照组和PD或LBD患者的脑脊液。使用单细胞免疫分析，他们同时进行了scRNA-seq和scTCR-seq，以揭示CD4+ T细胞在LBD中改变最多，表达大量趋化因子受体CXCR4。数据表明，这些细胞以某种方式被招募到脑脊液中，因此也被招募到大脑中。
这些发现意义重大，因为这些CXCR4+T细胞的鉴定可能具有临床意义。该受体的拮抗剂已被开发用于治疗各种类型的癌症和HIV感染。有几个正在进行临床试验，其中普乐沙福（Mozobil，别名Plerixafor）已经获得FDA批准。
单细胞和空间技术与人子宫内膜
2021年发表在Nature Genetics上的一项研究中[3]，研究人员通过单细胞基因表达和空间基因表达来创建人类子宫全层的单细胞转录组图谱。研究人员对死后子宫和子宫内膜活检组织样本进行scRNA-seq和单核RNA测序以及空间转录组测序，确定了五种主要类型的细胞。然后，系统地绘制这些细胞类型在子宫内膜和子宫肌层内的位置，特别是在其增殖阶段。
在复杂的组织中，例如子宫，在整个月经周期中不断发生细胞变化，细胞的位置可以决定其活动和功能。研究发现腺体中的上皮细胞分泌的分子为胚胎提供营养，而管腔中的上皮细胞是胎儿着床的关键。使用空间转录组学，研究揭示了两个具有独特空间坐标的新祖细胞，它们能够分化成腔细胞和腺细胞。
单细胞和空间技术与疫苗反应
2021年发表在Nature上的一项人类BNT162b2 mRNA疫苗的系统疫苗学研究中[4]，研究人员使用单细胞基因表达+特征条码来证明Pfizer-BioNTech mRNA疫苗的两次注射导致了骨髓细胞的一个亚群，其特征显示为AP-1的可及性降低和干扰素基因的表达增加。这种情况与另一项研究[5]发现的情况相似，该研究表明在禽流感 (H5N1) 疫苗中添加佐剂（在本例中为AS03，一种基于角鲨烯的含有α-生育酚的佐剂）可以导致骨髓细胞的表观基因组变化，进而导致抗病毒状态并且防范其他病毒，例如登革热病毒或寨卡病毒。
结果表明，这种类型的疫苗可以启动先天免疫系统，以便在加强注射后产生更强的反应。最终，有可能设计出新的疫苗（无论是那些带有佐剂的疫苗还是基于mRNA的疫苗）为变体或其他不相关的病毒提供更广泛的防护。
参考文献:
[1] Gate D, et al. Clonallyexpanded CD8 T cells patrol the cerebrospinal fluid in Alzheimer's disease.Nature 577: 399–404 (2020). doi: 10.1038/s41586-019-1895-7
[2] Gate D, et al. CD4+T cellscontribute to neurodegeneration in Lewy body dementia. Science 374: 868–874(2021). doi: 10.1126/science.abf7266
[3] Garcia-Alonso L, et al. Mappingthe temporal and spatial dynamics of the human endometrium in vivo and in vitro.Nat Genet 53: 1698–1711 (2021). doi: 10.1038/s41588-021-00972-2.
[4] Arunachalam PS, et al. Systemsvaccinology of the BNT162b2 mRNA vaccine in humans. Nature 596: 410–416 (2021).doi: 10.1038/s41586-021-03791-x
[5] Wimmers F, et al. Thesingle-cell epigenomic and transcriptional landscape of immunity to influenzavaccination. Cell 184: 3915–3935.e21 (2021). doi: 10.1016/j.cell.2021.05.039
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