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项目文章 | 单细胞测序刻画1型糖尿病中高表达干扰素信号新亚群特征
发布时间:2024-03-28 10:31:39  

2023年12月,青岛大学附属医院李树法、王颜刚教授团队在国际糖尿病学领域顶级期刊《Diabetologia》上发表了“A novel subpopulation of monocytes with a strong interferon signature indicated by SIGLEC‑1 is present in patients with in recent‑onset type 1 diabetes”[1]的研究成果,李树法、王颜刚为通讯作者,博士后郭梦琪为第一作者,郭晗硕士和朱京京博士为共同第一作者。该研究通过对新近发病的1型糖尿病患者和健康人来源的PBMC样本对比分析,发现了SIGLEC-1+单核细胞新亚群,该亚群表达明显的IFN信号以及与T细胞和NK细胞化学引诱相关的基因,低表达共刺激分子和HLA分子,有可能被招募到胰岛并在诱导破坏性胰腺炎中起关键作用。本研究对1型糖尿病的早诊及治疗评估等具有重要意义。

新格元在该研究中提供了GEXSCOPE®红细胞裂解液、Singleron自动化单细胞处理系统、GEXSCOPE®单细胞转录组建库试剂盒及CeleScope®数据分析服务。

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技术路线

 

研究结果

1.单细胞转录表征新发LADA的免疫学特征

为了确定LADA患者的免疫学特征,使用scRNA-seq对4名LADA供体和4名健康供体的PBMC样本进行了测序。通过分析确定了主要细胞群,包括T细胞、NK细胞、B细胞、浆细胞、单核细胞、树突状细胞。对LADA组和对照组进行差异基因富集分析。LADA组中单核细胞上调的差异基因主要富集于IFN相关的信号通路中,其中IFI44、IFI44L、MX1、ISG15、IFI6和LY6E的表达差异最为显著。在T细胞中,LADA组上调的差异基因与T细胞活化和IFN响应相关,包括PRF1、TNFSF11、ISG15和IFI6。此外,LADA组中NK细胞上调基因在T细胞调控和B细胞活化通路富集,树突状细胞上调基因在抗原加工递呈通路富集、浆细胞上调基因在mRNA加工相关通路富集。

通过亚群细分将单核细胞分为8个簇,其中簇1/2/4/5/6为经典单核细胞(表达CD14和VCAN),簇3/7/8为中间/非经典单核细胞(表达FCGR3A,编码CD16);T细胞分为CD4naiveT、CD8naiveT、Treg、CD8Tem、CD8Teff、CD8MAIT、GDT、MKi67T和NKT亚群;B细胞簇1/3为naiveB细胞、簇2/4为记忆B细胞、簇5为浆细胞;树突状细胞簇1/4为pDC、簇2/3为cDC2、簇5为cDC1。与健康供者相比,LADA供者单核细胞中簇4的比例显著增加(11.93% vs 5.93%,P=0.017),其他亚组细胞占比无统计学差异。

图1 LADA患者与健康对照之间免疫细胞组成和功能差异分析

2.单核细胞簇4的免疫学特征

进一步对单核细胞亚群进行了GO富集分析,与其他单核细胞簇相比,单核细胞簇4上调的基因主要与IFN相关的信号通路相关,如对病毒的防御反应和I型IFN信号通路。簇4单核细胞中上调的基因在IFNα和IFNγ响应中尤其富集,且富集程度相比其它亚群更高。此外,本研究发现单核细胞簇4中上调转录因子如ETV6、ETV7、IRF7、STAT1和STAT2,并利用公共数据进行了验证。单核细胞簇4中IFN诱导趋化因子编码基因CXCL9、CXCL10、CXCL11、CCL2/MCP-1、CCL8/MCP-2以及与胰腺髓细胞浸润相关的编码基因CCR1、CCR2高表达。与簇5、簇8相比,簇4中与抗原呈递(HLA-ABC和HLA-DR)、共刺激(CD40、CD80、CD83和CD86)和吞噬(FCGR1A、FCGR1B、FCGR2A、FCGR3A、FCGR3B、FPR1、FPR2和SOD2)相关的基因表达明显降低。

图2 单核细胞亚群-簇4的差异基因及富集分析

3.验证SIGLEC‑1作为单核细胞簇4的特异性表面标记物

SIGLEC-1(CD169)是一种黏附作用相关的跨膜受体,与IFN特征相关,在单核细胞簇4中特异性高表达。流式分析验证了SIGLEC-1可以作为特异性表面标记物来识别单核细胞簇4,其在经典单核细胞中的表达显著高于中间/非经典单核细胞。进一步的流式分析检测其他IFN信号相关蛋白在SIGLEC-1+和SIGLEC-1-单核细胞中的表达,显示SIGLEC-1与MX1(编码细胞内黏液病毒抗性蛋白1)共表达,表明SIGLEC-1可能是单核细胞簇4的特异性表面标记物。

图3 SIGLEC-1作为单核细胞簇4特异性表面标记物的验证

4、SIGLEC-1+单核细胞在胰岛炎症和1型糖尿病发病中的作用

流式分析了1型糖尿病经典动物模型(NOD鼠)、ICR小鼠外周血和胰腺组织中SIGLEC-1+单核细胞的检出和占比。SIGLEC-1+细胞在所有周龄的ICR小鼠的外周血和胰腺组织中几乎不存在,在6周龄、12周龄、24周龄NOD小鼠外周血中的占比呈现显著下降的趋势(16.88% vs 10.17% vs 5.71%),而在胰腺组织中占比呈现显著的先升后降的趋势(1.78% vs 23.65% vs 2.87%)。将6周龄NOD小鼠的SIGLEC-1 +单核细胞和SIGLEC-1-单核细胞转移到相同周龄的NOD小鼠和ICR小鼠饲养8周,与NOD小鼠对照相比,接受SIGLEC-1+单核细胞治疗的NOD小鼠有更明显的严重胰岛炎症,且糖尿病发作加速。使用CCR2拮抗剂抑制6周龄NOD小鼠的经典单核细胞募集虽然减少了胰岛素评分为G2/G3的胰岛数量,但在8周的观察期内,糖尿病发病率没有明显差异。

图4 NOD和ICR小鼠SIGLEC-1+单核/巨噬细胞的流式分析

5、LADA患者中单核细胞簇4与其他细胞的相互作用

为了确定LADA患者中单核细胞簇4引发胰岛炎症的机制,对单核细胞簇4与各种细胞类型的潜在互作对进行了分析。与对照组相比,LADA中单核细胞簇4与T细胞和NK细胞的互作更强,主要通过TGFB1-TGFBR3、CD74-COPA、CCL3-CCR5和CXCL8-CXCR1等进行互作。单核细胞簇4通过PLXNB2-Sema4D与T/NK细胞亚群互作。LADA中大多数T和NK细胞亚群通过CCL3L1-CCR1与单核细胞簇4进行互作,而对照组则没有。表明单核细胞簇4与T细胞、NK细胞之间存在广泛的相互作用,这对于LADA患者的胰岛β细胞的破坏至关重要。

图5 细胞子集之间的互作分析

6、SIGLEC-1+单核细胞水平升高作为1型糖尿病发病的潜在生物标志物

流式分析显示,相比2型糖尿病患者及健康对照,LADA患者外周血中SIGLEC-1 +单核细胞占比的中位数显著更高(5.79% vs 1.76% vs 2.04%)。SIGLEC-1 +单核细胞比例与年龄、性别无关,但与疾病活动性呈正相关。病程不超过1年的LADA患者SIGLEC-1+比值明显高于病程较长的LADA患者。此外,GADA水平升高的LADA患者SIGLEC-1+比值显著升高。相比儿童对照组和成人2型糖尿病组,儿童1型糖尿病组SIGLEC-1+比率明显更高,但与成人LADA组无显著差异,表明SIGLEC-1+在1型糖尿病患者群体中的表达模式一致。

图6 不同类型糖尿病患者SIGLEC-1+单核细胞的流式分析

 

结论

本研究揭示了一种新的单核细胞亚群,其特征是在1型糖尿病的早期阶段以SIGLEC-1为标志的IFN信号高表达。研究证明了SIGLEC-1+单核细胞的关键功能以及参与胰岛破坏和1型糖尿病发病的潜在分子机制,这些发现有可能为未来1型糖尿病的预防和治疗策略提供信息,可能成为1型糖尿病早期诊断、活性评估和疗效监测的重要指标,也可能是预防和治疗1型糖尿病的新靶点。

 

参考文献

[1] Guo M, et al., A novel subpopulation of monocytes with a strong interferon signature indicated by SIGLEC-1 is present in patients with in recent-onset type 1 diabetes. Diabetologia. 2024 Apr;67(4):623-640.

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