分析测试百科网 > 行业资讯 > 微信文章

项目文章 | 单细胞测序揭示MeCP2缺陷小鼠脑膜免疫细胞异质性

创新多组学技术服务

2023.2.07

2023年01月10日，复旦大学附属儿科医院儿保科徐秀教授团队于Frontiers in Immunology（IF:8.786）在线发表了一篇关于单细胞测序揭示MeCP2缺陷小鼠脑膜免疫细胞异质性的最新研究成果。研究表明甲基化CpG结合蛋白2（MeCP2）基因突变是Rett 综合征的主要致病原因，因此作者通过单细胞测序探索了Mecp2缺陷小鼠脑膜的免疫细胞景观，提供了对脑膜免疫的新见解，可以更好地了解脑膜免疫在RTT中的作用。

期刊：Frontiers in Immunology

影响因子：8.786/Q1

发表年月：2023-01-10

材料：小鼠-脑膜

方法：10xGenomics单细胞3端测序

研究背景

Rett综合征（Rett syndrome，RTT）是一种以女性发病为主的神经系统发育障碍疾病，属于X染色体连锁神经发育性疾病，临床特征表现为智力低下、语言功能丧失、手部刻板动作、步态异常等，该疾病临床上尚无有效的治疗手段。甲基化CpG结合蛋白2（MeCP2）基因突变是Rett综合征 (RTT) 的主要致病原因。越来越多的证据表明免疫失调和慢性亚临床炎症与MeCP2缺陷密切相关，并导致 RTT 的发展和恶化。中枢神经系统(CNS)周围的脑膜包含广泛的免疫细胞库，它们参与CNS内的免疫监视并影响各种脑功能；然而脑膜免疫在MeCP2缺陷CNS中的特征和作用仍然没有得到很好的解决。

研究结果

Mecp2缺陷小鼠的RTT样表型

Mecp2-null小鼠表现出RTT样表型，包括明显的生长迟缓、后肢抱紧和出生后预期寿命短（图1A-C）等；此外观察到Mecp2缺陷小鼠的脑膜淋巴管缺陷，表现为脑膜淋巴管直径减小（图 1D-E）。由于脑膜淋巴管在 CNS 免疫细胞的发育和再循环中发挥重要作用，因此这些结果表明Mecp2缺陷小鼠的脑膜免疫力可能发生了改变。

图1

脑膜免疫细胞多样性

为了描绘Mecp2缺陷小鼠脑膜免疫细胞的变化，从Mecp2缺陷和WT小鼠中获得脑膜细胞悬液，用CD45⁺进行免疫细胞分选用于单细胞转录组测序。Mecp2-null小鼠获得12129个细胞，WT小鼠获得13794个细胞（图2A），这些免疫细胞聚类获得18个clusters，包括巨噬细胞、B细胞、树突状细胞（DCs）、单核细胞、中性粒细胞、肥大细胞、T细胞、ILC-2细胞和NK细胞（图2B、C）。此外，Mecp2-null小鼠表现出巨噬细胞减少和B细胞增加（图2D）。同时，免疫球蛋白相关基因，如Ighg2c, Igha, Ighg2b, Igkc, Iglc2, Iglc1, Iglc3等，在Mecp2-null小鼠中显著上调表达（图2E）；上调基因在免疫功能中显著富集（图2F）。

图2

脑膜B细胞活性分析

尽管在Mecp2缺陷小鼠脑膜中B细胞发生显著变化，但其在稳态下的特征知之甚少。作者通过流式观察到Mecp2缺陷小鼠脑膜中B细胞群增加（图3A）。为进一步探索B细胞群，将其重新聚集，聚成七个细胞亚群（C1-C7）（图 3B），其中C2和 C3细胞亚群在两组之间相反（图3C）。7个细胞亚群形成了B细胞的连续发育轨迹，其中成熟B细胞（C1和C3）中Ighd、Ighm和Ms4a1高表达；未成熟B细胞 (C2) 中Ighm高表达，但Ighd不表达；cycling pre-B细胞（C4 和 C5）中，Top2a、H2afx 和 Mki67上调表达；Pre-B细胞 (C6) 高表达Vpreb1、Vpreb3、Dntt、Lef1 和 Rag1；而浆细胞 (C7) 高表达Prdm1和Il10 (图3D)。在Mecp2缺陷小鼠中，细胞亚群Mature B_C2中高表达B细胞活化标记基因，如Cd83、Egr3、Fcer2a、Myc 和 Cxcr5（图 3E）。与细胞亚群Mature B_C1相比，转录因子Kdm2b、Rel和Crem在细胞亚群Mature B_C2中的转录活性较高（图3F）。

图3

T细胞活化分析

为了更好地了解Mecp2缺陷小鼠中的T细胞活化，作者将ILC2、NK细胞和T细胞重新聚类为七个细胞亚群。通过marker基因进行细胞亚群鉴定，以Cd3e和Cd4表达特征的 CD4⁺ T细胞 (C1)；以Cd3e和Cd8表达特征的CD8⁺ T细胞(C2)；ILC2s (C3)以Gata3为表达特征；NK细胞(C4)中Nrc1和Klrd1高表达，Cd3e不表达；NKT (C5) 以Cd3和Klrd1为表达特征；regulatory T (Treg、C6) 以Cd3e、Cd4和Foxp3为表达特征；γδT细胞 (C7) 以Cd3e和Tcrg-C1为表达特征（图4B）。在Mecp2缺陷小鼠中，CD4⁺ T细胞、CD8⁺ T细胞、NK和NKT细胞占比相对较高（图4C）。

图4

T细胞中的IFN-γ转录和细胞通讯分析

IFN-γ是 II 类干扰素的唯一成员，在先天免疫和适应性免疫中起着关键作用。分析结果表明：在Mecp2缺陷小鼠的CD8⁺ T 细胞中Ifng高表达；CD8⁺ T、CD4⁺ T 和NKT细胞亚群也表现出Ifng高表达（图5A、B）；免疫荧光结果与其一致（图5C、D）。细胞通讯分析表明：Mecp2缺陷小鼠表现出更复杂的IFN-II信号通路网络变化（图 5F、G）。

图5

巨噬细胞活化以及拟时序分析

为分析巨噬细胞活性，作者将巨噬细胞群重新聚类为五个细胞亚群（图 6A、B）。Subclusters 1、2 和 5属于MHC II低表达组，表现出Lyve1 和Gas6高表达；而Subclusters 3和4属于MHC II高表达组，表现出H2-Aa和Cd72高表达（图6C）。作者对巨噬细胞进行拟时序分析，Mecp2缺陷小鼠的细胞轨迹模式从state 1转化到state 7（图6D、E），预测基因被聚集成模块，揭示了在拟时序过程中基因的转录梯度发生了丢失或获得（图 6H）。

图6

总结

单细胞测序结果描绘了Mecp2缺陷小鼠脑膜的免疫细胞景观。Mecp2缺陷小鼠脑膜表现出更高的免疫细胞群多样化，B细胞明显多于对照小鼠，免疫球蛋白相关基因的表达显着更高，且含有更多的细胞毒性CD8⁺ T细胞。随着T细胞和NK细胞中IFN-γ转录的增加，Mecp2缺陷小鼠中脑膜巨噬细胞的抑制减少、活性增加。这些发现提供了对脑膜免疫的新见解，可以更好地了解脑膜免疫在RTT中的作用。

致谢：

作者特别致谢欧易生物巴永兵对该项目的单细胞转录组测序分析工作的支持。

猜你想看

1、项目文章｜ CT放射组学预测肝细胞癌的病理分型结合单细胞测序和空间转录组测序辅助研究肝癌的免疫状态

2、项目文章 | 牦牛单细胞文章来袭! 单细胞转录组助力构建牦牛卵巢皮质单细胞图谱

3、文献解读 | 单细胞多组学图谱助力T细胞耗竭克隆分化轨迹研究

4、项目文章 | 单细胞测序揭示囊型包虫病不同阶段内皮细胞和免疫细胞异质性