溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）是一种炎症性肠病，其特征是形成广泛的溃疡。其主要临床表现为腹泻、血便等症状。该疾病具有慢性反复发作的特征，同时具有较高的致癌风险，严重影响了患者的生活质量。尽管已有研究通过单细胞转录组测序技术研究炎症性肠病中免疫系统复杂失调的机制，但仍缺少对溃疡性结肠炎中免疫细胞转录变化以及驱动炎症相关细胞类型的详细表征。
2020年8月21日，加州大学圣地亚哥分校的研究团队在 Science Immunology 上发表题为 Heterogeneity and clonal relationships of adaptive immune cells in ulcerative colitis revealed by single-cell analyses 的文章，通过单细胞转录组技术，对7名患者和9名健康志愿者的外周血和肠道活检样本数据进行分析，发现UC组IgG1+浆细胞的数量显著增加，Treg细胞在不同分组中表现出不同的转录特征，转录因子ZEB2和Treg的功能相关。在UC中克隆相关的CD8+TRM细胞向炎症状态转变和转录因子Eomesodermin 表达上调相关。
01 溃疡性结肠炎中富含 IgG1+浆细胞
该研究取7名UC患者和9名健康志愿者的外周血和活检样本做了scRNA- seq、scTCR-seq和scBCR-seq，发现B1-浆细胞在UC患者中显著富集，B6-浆细胞簇在健康志愿者显著富集。对BCR数据进行分析发现B1主要是IgG1+的浆细胞，B1在UC组的克隆扩增增加，和大多数UC组浆细胞簇之间共享克隆型。B6在对照组的克隆扩增增加，和大多数对照组浆细胞簇之间共享克隆型。和对照组相比，UC组IgG1+浆细胞的数量显著增加，上述结果说明浆细胞可能在疾病和对照组中存在不同作用。
02 Treg细胞在不同分组中表现出不同的转录特征
对T细胞进行细分群后对2个分组T细胞亚型进行统计，发现T8 (γδT ) 在UC组患者外周血样本中显著富集，质谱流式分析验证这一发现。T7 (Treg)、T5 (TFH) 和T10(CD8+TRM) 3个亚群在UC组患者活检样本中显著富集。于是研究人员提出一假设：UC患者的Treg细胞可能表达促使Treg细胞功能缺失的基因，从而影响疾病的发展。对两组间差异表达基因进行分析，其中大部分基因在之前的研究中并未发现和Treg细胞功能有关，挑选和CD8 + T 细胞的效应功能相关的一个基因—ZEB2进行验证。实验结果表明，与用非靶向shRNA构建体转导的对照Treg细胞相比，用Zeb2 shRNA构建体转导的Treg细胞表现出增强的抑制功能。通过做小鼠诱导型条件性基因敲除实验敲除Zeb2，并通过流式分选Treg细胞进行体外抑制测定，实验结果表明与对照Treg细胞相比，敲除组Treg细胞表现为抑制功能增强，以上结果说明ZEB2可能会影响Treg细胞的功能。
03 UC患者中CD8+TRM的克隆扩增增加
通过对TCR的分析，研究人员发现在健康组CD8+TRM中T1、T2和T14的细胞存在共享克隆型，在UC组中CD8+ TRM中T1、T2和T10存在共享克隆型。克隆扩增分析也发现健康组中T1和T14细胞的克隆扩增增加，UC组中T10细胞的克隆扩增增加。对上面提到的在UC组血液样本中显著富集的T8和在肠活检样本中显著富集的T10进行表征，发现与健康组相比，在UC组T10和T8之间共享的克隆型显著增加，在UC组中检测到克隆相关T10和T8的比例显著升高。差异表达分析揭示了编码转运分子的基因变化：与T10细胞相比，T8细胞中CD69和CRTAM的表达降低，T8细胞高表达SELL、KLF2和S1PR1。这些结果表明，UC组克隆相关的CD8+T细胞可能会调节基因表达以实现血液和肠道组织之间的运输。
04 揭示CD8+TRM—T10转录程序的关键调节因子
为了进一步了解这些CD8+TRM细胞亚群之间的差异，研究者进行了差异基因表达和通路分析，T10中编码炎症分子和细胞溶解颗粒的基因高表达，如与循环效应细胞和记忆 CD8+T细胞分化有关的ZEB2和Eomesodermin (Eomes)。通过构建基因编辑小鼠模型，发现异位Eomes的表达使 CD8+T细胞致病特性增强。通过在淋巴细胞脉络膜脑膜炎病毒 (lymphocytic choriomeningitis virus ; LCMV) 模型小鼠中应用ATAC-seq寻找Eomes可能作用于的基因，发现了如Ifng、Gzma、Klrg1和Icos等靶点，并通过流式分析验证了这一发现。以上结果表明在溃疡性结肠炎中，肠道CD8+TRM细胞中Eomes等关键因子的上调可能会促进其分化为致病状态并增强炎症。
结论和意义
该研究通过对健康和溃疡性结肠炎队列进行全面表征，发现了溃疡性结肠炎中的致病细胞及其致病机制，包括IgG1+浆细胞，Treg细胞及调控其状态的转录因子ZEB2，以及CD8+TRM细胞炎症状态转变相关转录因子Eomesodermin。总之，该研究描绘了溃疡性结肠炎中适应性免疫细胞的转录图谱，并强调了CD8+TRM细胞在炎症性肠病中的作用，为该疾病的研究提供数据支持。
参考文献：
Boland BS, He Z, Tsai MS, Olvera JG, Omilusik KD, Duong HG, Kim ES, Limary AE, Jin W, Milner JJ, Yu B, Patel SA, Louis TL, Tysl T, Kurd NS, Bortnick A, Quezada LK, Kanbar JN, Miralles A, Huylebroeck D, Valasek MA, Dulai PS, Singh S, Lu LF, Bui JD, Murre C, Sandborn WJ, Goldrath AW, Yeo GW, Chang JT. Heterogeneity and clonal relationships of adaptive immune cells in ulcerative colitis revealed by single-cell analyses. Sci Immunol. 2020 Aug 21;5(50):eabb4432. doi: 10.1126/sciimmunol.abb4432. PMID: 32826341; PMCID: PMC7733868.
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