Front Immunol：单细胞分辨下系统性红斑狼疮患者外周血单核细胞染色质可及性的研究

系统性红斑狼疮(SLE)是一种慢性炎症性自身免疫性疾病，影响身体的每个器官和系统。免疫系统中耐受性的丧失会导致自身抗体的产生、免疫复合体的沉积和补体的激活，从而导致全身炎症和靶组织损伤。根据家庭研究和双胞胎之间的符合率，遗传因素是SLE易感性的关键因素。然而，基因序列本身只解释了一小部分SLE的遗传性。表观遗传标记已经成为了解部分缺失遗传性的关键，而特定细胞类型基因组中的非编码元件对于理解SLE的发病机制至关重要。然而，其相关的发病机制却知之甚少。

    遗传和转录组学分析揭示了一些与SLE相关的基因和非编码基因座。结果，已知超过80个SLE风险基因座会影响SLE易感性，并且大多数风险变异会改变控制基因表达的调控元件。由于染色质可及性在基因调控和基因组稳定性中起着至关重要的作用，并且由于染色质可及性模式的变化可能会改变基因组调控区对关键蛋白质的可及性，因此染色质可及性模式正在成为人类疾病的重要组成部分。值得注意的是，SLE患者免疫细胞染色质可及性的评估落后于其他全基因组测量，如DNA修饰或转录。

    转座酶可及染色质测序(ATAC-SEQ)技术因其简单和灵敏而被广泛应用于碱基对分辨率的全基因组染色质可及性图谱分析。最近发展了一种用于单细胞分析的基于平板的ATAC-SEQ方法(scATAC-SEQ)，以绘制开放染色质区域并识别调节区。这种方法具有以下优点：(1)识别不同的细胞类型，包括微妙和罕见的细胞亚型；(2)揭示细胞类型特异的转录因子(TF)基序；(3)允许探索细胞类型特异的基因调控网络。用scATAC-seq研究SLE患者的血源性细胞有助于无偏见地理解相关细胞亚群的作用，并揭示细胞类型特异性基因调控的机制。

    因此，我们使用SCATAC-SEQ方法分析了7例SLE患者和12例健康对照外周血单个核细胞(PBMC)的开放染色质区域。我们鉴定了SLE患者的细胞类型，并在进行细胞聚集后研究了新的和稀有的细胞群。我们还分析了细胞类型特定的调控模式，并总结了SLE患者和健康对照组之间存在显著差异的TF基序。通过基因本体论(GO)和京都基因和基因组百科全书(KEGG)的分析，我们探索了与SLE相关的靶基因和关键信号通路，为SLE的发病机制提供了深入的了解。

     应用单细胞测序转座酶可及染色质测序(scATAC-seq)方法，在单细胞分辨率下绘制SLE患者免疫细胞中活性调节DNA的图谱，然后对SLE患者PBMC进行聚类、峰注释和基序分析。

     在不使用抗体的情况下，外周血单个核细胞根据其类型强健地聚集在一起。我们确定了20种可驱动SLE患者异常免疫反应的TF激活模式。然后，我们通过改变T细胞活性，观察到了与SLE发病密切相关的10个基因。最后，我们发现了调控上述6个基因(CD83、ELF4、ITPKB、RAB27A、RUNX3和ZMIZ1)的12个关键转录因子，它们可能与SLE的发病机制有关，并且在SLE患者中显著丰富(P<0.05，FC>2)。通过对B细胞CD83、ELF4、RUNX3和ZMIZ1的定量聚合酶链式反应实验，我们观察到7种转录因子(EWSR1-FLI1、MAF、MAFA、NFIB、NR2C2(Var))对ELF4、RUNX3和ZMIZ1基因的表达有显著的调控作用。同时，7个TF在SLE患者中显示高度可及的结合部位。

图1：根据scATAC-seq对人PBMC进行的特定细胞类型的聚类。(A)为scATAC-seq分离PBMC的过程示意图；(B)SLE_PBMC和NC_PBMC组读数中片段长度分布的直方图；(C)显示TSS处片段丰富的直方图；(D)SLE_PBMC和NC_PBMC组中细胞群体的tSNE图；(E)用于标记簇的规范细胞标记的tSNE图，按表达水平进行颜色编码(从灰色到红色)；(F)细胞类型特定的TF基序的tSNE图(左)，按表达水平进行颜色编码(从灰色到红色)，以及显示15个TF基序在不同簇之间有显著差异(p<0.05)的Venn图(右)。PBMC，外周血单核细胞；scATAC-seq，单细胞测序分析转座酶可及染色质；SLE_PBMC，系统性红斑狼疮(SLE)患者PBMC；NC_PBMC，正常人PBMC；NK细胞，自然杀伤细胞；DC，树突状细胞；TF，转录因子；TSS，转录起始位点。使用Loupe Cell Browser 3.1.1通过差异分析功能计算p值，并使用Benjamini-Hochberg校正对多次测试进行调整。

    这些结果证实了使用单细胞测序来揭示SLE患者免疫细胞的真实特征，揭示SLE-PBMCs中的关键因子，并为表观遗传学治疗提供基础见解的重要性。

文献来源： Yu H,  Hong X,  Wu H,The Chromatin Accessibility Landscape of Peripheral Blood Mononuclear Cells in Patients With Systemic Lupus Erythematosus at Single-Cell Resolution.Front Immunol 2021;12