单细胞测序揭示 MDA5+ 皮肌炎的特有适应性免疫特征

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题目：Single-cell profiling reveals distinct adaptive immune hallmarks in MDA5+ dermatomyositis with therapeutic implications 日期：2022-10-29 期刊：Nature Communications 链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34145-4

摘要

抗黑色素瘤分化相关基因5 阳性皮肌炎 (MDA5+ DM) 是一种罕见但独特的特发性炎症性肌病 (IIM) 亚型。MDA5+ DM患者的特征是抗MDA5自身抗体，通常表现为典型的皮肌炎皮疹，但很少或没有临床肌肉无力的特征。间质性肺病 (ILD) 是 MDA5+ DM 最常见的并发症。

作者使用单细胞RNA测序、流式细胞术和多重免疫组织化学，揭示了患者外周血B细胞和T细胞以及受影响肺组织样本中MDA5+ DM的免疫特征，发现在MDA5+ DM中，存在大量的外周抗体分泌细胞和CD8+ T细胞反应，可以作为细胞免疫标志。在受影响的肺部，发现大量免疫细胞浸润，这可能通过 I 型干扰素的产生促进促纤维化反应。该研究揭示了 MDA5+ DM 的关键免疫致病特征，并为未来的针对性疗法提供了潜在的基础。

来自 MDA5+ DM 患者和对照的外周 B 和 T 细胞的单细胞图谱

scRNA-seq采用了7名活跃MDA5+ DM患者（MDA5+DM-Act）、3名缓解期配对MDA5+ DM患者（MDA5+DM-Rem）、5名IIM疾病对照（Ctrl-IIM）、4名健康供体（HD）的外周血B和T细胞，另外还有一个接受肺移植的终末期MDA5+ DM患者的肺组织。外周血得到111200个高质量的B和T细胞，分群得到26个群：8 个 B cell clusters, 9个 CD4+ T cell clusters, 7 个 CD8+ T cell clusters, and 2个 unconventional T cell clusters。TooManyCells聚类分析发现，MDA5+DM-Act组存在2个大分支，另外3个组均是小分支。2个抗体分泌细胞（ASC）群，干扰素刺激基因（ISG+）B细胞，CD4+和CD8+ T细胞群在MDA5+DM-Act组的占比更高。

MDA5+ DM患者的抗体分泌细胞反应增强

将B细胞群继续细分，得到8个亚群：

• 3个naïve B cells (scB1-Transitional, scB2-ISG, scB3-Naïve)
• 3个memory B cells (Bm) (scB4-Unswitched Bm, scB5-Switch Bm [switched Bm], scB6-atypical Bm)
• 2个ASCs (scB7-pASC [proliferating ASC] and scB8-rASC [resting ASC])

相比于Ctrl-IIM和HD组，MDA5+ DM-Act组的scB2-ISG, scB7-pASC, and scB8-rASC细胞的比例明显更高

通过scBCR-seq进行克隆型分析表明，克隆扩增主要限于ASC，而且MDA5+DM-Act组的ASC前20位克隆型频率远高于其他组，说明MDA5+DM-Act患者出现了高频的克隆型扩增。

MDA5+DM患者克隆扩增的CD8+记忆T细胞

有研究表明，T细胞已成为MDA5+DM的治疗靶点。这里将 CD8+ T细胞继续细分，得到7个亚群，其中有3个【scCD8T4-GZMK+GZMB+ memory T cells (Tm), scCD8T6-ISG, scCD8T7-pTm [proliferating Tm]】在MDA5+DM-Act组的比例升高。

来自MDA5+DM-Act组的scCD8T4-GZMK+GZMB+ Tm, scCD8T6-ISG和scCD8T7-pTm cluster在四组中表现出最高的TCR克隆性。

MDA5+DM患者外周血B和T细胞中I型IFN信号通路的过度激活

为了更深入地了解这四组的表达特征，作者对外周血T、B细胞中的top15差异基因进行聚类，在B、T细胞之间没有发现很显著的表达差异。之后使用上调的DEG进行GO富集分析，发现MDA5+DM-Act 组高表达I型IFN信号和相关途径的基因（ISG15、MX1和IFI6）。

• 在Ctrl IIM 组，发现一组上调的炎症和应激相关基因，即FOS、FOSB、DUSP2和GADD45B。
• MDA5+DM-Rem组的基因表达模式与HD组相似，具有与稳态相关的丰富途径，其中包括膜蛋白水解

SCENIC分析了外周B和T细胞中的TF调节网络，I型IFN相关TF IRF2/3/7/9和STAT1/2在MDA5+DM-Act组中高度富集，而与炎症相关的TF、FOS、FOSB、JUN和KLF6在Ctrl-IIM组中富集。在MDA5+DM-Act组中高表达的IRF3和IRF7形成了控制大量下游ISG基因（MX1、ISG15、IFI6、OAS2）的中心调控元件。而在Ctrl-IIM组中过度表达的FOSB和KLF6调控了参与炎症和应激的下游基因（NFKB1、NR4A3、CD44和GADD45B）

MDA5+DM患者受影响的肺组织中I型干扰素和纤维化信号通路的过度激活

作者对一名正在接受肺移植的MDA5+DM患者的肺组织进行了scRNA-seq，总共得到MDA5+DM患者的4337个细胞和两个健康供体的9358个细胞，聚类得到18个群。发现非免疫细胞中肺泡 II 型细胞、成纤维细胞和内皮细胞的比例明显升高。免疫细胞中，ISG+CD4+ T细胞以及ISG+CD8+ T和CD8增殖T细胞的比例增加。表明MDA5+DM患者的肺部产生了强大的适应性免疫反应。

为了进一步探索肺部的潜在致病机制，使用ssGSVA来分析MDA5+DM患者中富集的特定途径，其中得到：I型IFN信号途径和纤维化。鉴于MDA5+DM患者肺部的I型IFN信号特征，作者又进行了CellChat分析，以进一步分析不同肺细胞类型的基于I型IFN-信号网络的细胞间通信，发现成纤维细胞与ASC、CD8+ T细胞亚群和巨噬细胞具有强烈的I型IFN信号通路相互作用。此外，还发现了成纤维细胞和几种免疫细胞类型（ASC、ISG+CD4+ T、ISG+CD8+ T和CD8增殖T细胞）之间的配体-受体相互作用。