Cell：解惑！肿瘤坏死因子拮抗剂治疗不明原因肠炎为何经常无效？
2019-09-04 BioArt BioArt
克罗恩病是一种不明原因的肠炎，属于消化道慢性炎症，最终可能导致消化系统损伤甚至是功能丧失。其致病因素多种多样，比如高脂高糖饮食，不规律且快节奏的现代生活方式，遗传因素等等，这些因素可以引起消化道免疫系统异常活化，导致肠炎。近年来，诸多工作力图阐明肠炎发生发展的分子机制，并寻找治愈缓解的方法。而这些工作，往往建立在经典的以“抗体标记蛋白质”的研究方法上。当然了，单细胞测序技术的运用，为这一领域 ，带
克罗恩病是一种不明原因的肠炎，属于消化道慢性炎症，最终可能导致消化系统损伤甚至是功能丧失。其致病因素多种多样，比如高脂高糖饮食，不规律且快节奏的现代生活方式，遗传因素等等，这些因素可以引起消化道免疫系统异常活化，导致肠炎。近年来，诸多工作力图阐明肠炎发生发展的分子机制，并寻找治愈缓解的方法。而这些工作，往往建立在经典的以“抗体标记蛋白质”的研究方法上。当然了，单细胞测序技术的运用，为这一领域 ，带来新的希望。
单细胞测序是目前生物学研究极为有效的手段之一。其工作流程可简单描述如下：
1、测序：对每个细胞进行测序，检测每一个细胞的基因表达情况。
2、分类：将表达谱类似的细胞分为一类，并根据其基因标签，鉴定鉴别细胞类型
3、亚类：深入分析每类细胞内部表达谱的区别，探索定义新的细胞亚型。
4、联系：进一步研究各细胞类型之间的联系与相互作用。
5、应用：结合实验材料自身特点，力图分析和解决生物学问题。
美国纽约西奈山伊坎医学院研究团队在Cell杂志发表文章Single-Cell Analysis of Crohn’s Disease Lesions Identifies a Pathogenic Cellular Module Associated with Resistance to Anti-TNF Therapy，通过单细胞测序的方法，从克罗恩病病人的回肠样本中鉴定出了八类细胞，定义了新的细胞亚群，此外，还从临床上解释了为什么肿瘤坏死因子(TNF)拮抗剂对某些克罗恩病没有很好的响应。
1、测序
作者采用十三位克罗恩病病人的回肠样本，分别分离样本中炎症和正常的肠道固有层细胞，这里蕴含着肠道中数目最多，种类最为丰富的免疫细胞。同时，也抽取同一病人的血液单核细胞作为细胞对照。样品采集完毕后，进行单细胞测序。并且，对同一样品进行高效质谱检测。单细胞测序针对基因水平，高效质谱针对蛋白质水平，从而可以对这批病人样本有更为深入和全面的了解。
2、分类
首先，作者从这些样本中主要鉴定出八类细胞，分别为树突状细胞（DC），巨噬细胞（Macrophage），固有层淋巴细胞（ILCs），肥大细胞（Mast cells），间质细胞（stromal cells），T细胞，单核吞噬细胞（mononuclear phagocytes），浆细胞（plasma cells）和B细胞。如下图所示，这些细胞，在炎症与正常组织中，含量存在明显的差异。
与此同时，比较炎症组织单细胞测序与高效质谱结果，可以看出，二者具有明显的相关性，也就是说，基因水平与蛋白质水平的变化是基本上一致的。
3、亚类
接下来，作者对这八类细胞进一步分析细化，力图定义新的细胞亚群。以树突状细胞为例，如下图所示，不同颜色代表某一基因不同的表达量，黄色表达量最高，紫色最低，黑色则是未表达。根据这些基因表达量的不同，可以把树突状细胞分成五个亚类。
4、联系
对比炎症组织与正常组织之间细胞含量的差异，可以看出IgG浆细胞（G），炎症性单核吞噬细胞（IM），活化的T细胞（AT）以及间质细胞（S）这四类细胞的比例明显增加，于是，作者将这四类细胞定义为一个细胞组，取其首字母定名为“GIMATS细胞组”。
为了进一步研究这一细胞组内部各细胞之间的关系，作者分析了各类细胞的表面受体和所分泌的细胞因子，并做一一比对。比如，巨噬细胞所分泌的一系列细胞因子，包括IL-1b，IL-6，IL-23，CCL2，CCL19，CCL22等，在T细胞表面都能找到相应的受体。
5、应用
最后，作者探究了这些结果的临床意义。
目前，肿瘤坏死因子（TNF）拮抗剂是治疗肠炎的药物之一。作者对接受这项治疗的病人进行分析，发现“GIMATS细胞组”含量高的病人，这一治疗方式的效果并不明显。也就是说，如果预先用这一方式对病人进行一次筛查，可以进一步提高TNF药物的治愈率。
这是一篇单细胞测序技术类文章的范本，严格遵循了“测序-分类-亚类-联系-应用”这一思路，定义了由IgG浆细胞（G），炎症性单核吞噬细胞（IM），活化的T细胞（AT）以及间质细胞（S）所组成的“GIMATS细胞组”，并且指出，这一细胞组是通过“细胞因子-表面受体”这一关系而紧密联系在一起，且与TNF治疗成败直接相关。该研究亮点主要有两处，一是采用人肠道组织为研究对象，这比用鼠等模式生物更具临床意义；二是不仅关注了一类细胞本身的变化，也重点关注了几类细胞的协同变化，这是单细胞测序技术结果分析的大势所趋。
原始出处：
Martin JC1, Chang C1, Boschetti G1, et al.Single-Cell Analysis of Crohn's Disease Lesions Identifies a Pathogenic Cellular Module Associated with Resistance to Anti-TNF Therapy.Cell. 2019 Aug 26. pii: S0092-8674(19)30896-7. doi: 10.1016/j.cell.2019.08.008.
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