脾臟是胚胎時期的造血器官,骨髓造血后,脾臟演變成人體最大的外周免疫器官。脾臟是成熟淋巴細胞定居的場所,其中T細胞占40%, B細胞占60%。90%循環血液流經脾臟,脾臟可以清除血液中衰老的紅細胞和血小板,使其得到凈化。作為免疫器官,脾臟還是機體細胞免疫和體液免疫的中心,可通過多種機制發揮抗腫瘤作用。單細胞RNA測序是在單個細胞水平上對其含有的轉錄組信息進行測序分析,是目前分析鑒定免疫細胞亞群異質性的常用方法,可用于鑒定新亞群及分析分化過程中的狀態。本文通過展示單細胞測序在脾臟相關領域的研究成果,幫助大家理解脾臟相關免疫細胞異質性及其發育分化過程的調控機制。
案例一
CD8+T細胞組織特異性的轉錄、表觀遺傳和適應性圖譜

研究目的:利用單細胞測序探索特定的組織環境對TRM細胞分化和動態平衡的作用
樣本信息:CD8+TRM細胞(來自小腸、上皮內淋巴細胞、腎臟、肝臟、唾液腺、脂肪組織)以及CD8+記憶細胞(來自脾和血液)
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNA-seq)+ATACseq
捕獲細胞數:NA
結論:本研究中,來自不同器官的小鼠CD8+ 組織駐留記憶T細胞(TRM細胞)對病毒感染做出反應的基因表達和基因組可及性的多樣性,揭示了共有的及組織特異性的轉錄和表觀遺傳特征。腸和唾液腺中的TRM細胞表達轉化生長因子(TGF)-β誘導的基因,并由持續的TGF-β信號維持,而脂肪、腎臟和肝臟中的TRM細胞則不表達。構建轉錄調控網絡證實轉錄抑制因子Hic1是小腸TRM細胞分化的關鍵調節因子,并表明Hic1過表達促進了TRM細胞的分化并保護其免受感染。該研究為了解CD8+TRM細胞如何適應不同的組織環境提供了一個框架,并確定了介導這些的組織特異性轉錄調控因子,為在易感染部位增強保護性記憶反應提供了策略。
案例二
單細胞RNA-seq和染色質可及性分析揭示了小鼠γδT細胞的異質性

研究目的:利用單細胞測序探索γδT細胞在組織中的異質性
樣本信息:小鼠淋巴結,脾臟和胸腺組織
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNA-seq)
捕獲細胞數:11,801個γδT細胞
結論:通過將轉錄和染色質分析相結合,構建了小鼠淋巴、脾臟和胸腺中γδT細胞的單細胞轉錄組和染色質可及性景觀,揭示了γδT1和γδT17細胞在這些組織中的異質性。在胸腺中,重建了發育軌跡,并在單細胞RNA測序和轉座酶可及染色質測序數據的單細胞分析的基礎上,進一步深入了解了γδT細胞成熟期、中期和未成熟期的標志基因。值得注意的是,一種新的Gzma γδT細胞亞群被鑒定為不成熟的性質,并且僅局限于胸腺。最后,通過對晝夜節律轉錄因子(TF)基序富集、調節子富集和NR1D1敲除小鼠進行聯合分析,驗證了晝夜節律轉錄因素(TF)NR1D1是γδT17細胞分化的關鍵負調控因子。
案例三
漿細胞異質性及其長壽亞群對免疫、自身抗原和微生物群的反應

研究目的:利用單細胞測序探索骨髓和脾臟中長壽漿細胞(LLPC)表型和異質性
樣本信息:小鼠骨髓和脾臟
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNA-seq)
捕獲細胞數:44,189個細胞
結論:通過單細胞mRNA測序、細胞計數和遺傳脈沖追蹤小鼠模型,發現IgG和IgM LLPC表現出EpCAMCXCR3表型,而IgA LLPC顯示Ly6ATigit表型。雖然IgG和IgA LLPC主要由免疫或感染后的體細胞超突變細胞產生,但在IgA和IgM LLPC區隔中發現了具有固有屬性和公共抗體的細胞。IgM LLPC高度富集不同個體動物之間共享的公共克隆,以T細胞獨立的方式分化,并且對自身抗原和微生物衍生的抗原具有親和力。
案例四
單細胞染色質可及性測序確定調節性T細胞的組織修復程序


研究目的:利用單細胞測序鑒定在人類健康組織中Treg細胞的特征
樣本信息:小鼠脾臟、肺、結腸、皮膚組織,人皮下脂肪、皮膚、血液組織
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNA-seq)+染色質可及性測序(scATACseq)
捕獲細胞數:NA
結論:小鼠和人類組織Treg細胞的單細胞染色質可及性特征定義了一種保守的、不依賴于微生物群的組織修復Treg特征,該特征具有轉錄因子BATF的主要足跡。這一特征,結合基因表達譜和TCR命運圖,鑒定了人類外周血中表達BATF、趨化因子受體CCR8和HLA-DR的組織樣Treg細胞群。來自正常皮膚和脂肪組織的人BATFCCR8 Treg細胞與非淋巴細胞T濾泡輔助樣(Tfh樣)細胞具有共同的特征,并且在人Treg細胞中誘導Tfh樣分化程序部分再現了組織Treg再生特征。
案例五
單細胞轉錄組分析揭示中性粒細胞在穩態和感染中的異質性

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??研究目的:通過單細胞測序探索中性粒細胞功能及其異質性的分子基礎
樣本信息:小鼠骨髓、外周血、脾臟 中的 Gr1+ 細胞
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNAseq)
捕獲細胞數:≥25,000個細胞
結論:通過單細胞測序分析了超過25000個分化和成熟的小鼠中性粒細胞,提供中性粒細胞在穩態和細菌感染期間成熟、功能和命運決定的綜合轉錄圖譜。鑒定出8個亞群,3個成熟的外周血中性粒細胞亞群來自不同的成熟骨髓中性粒細胞亞群。在已知和未表征的轉錄因子的驅動下,中性粒細胞逐漸獲得殺死微生物能力,代表了一種對有效但平衡的中性粒細胞反應進行微調調節的進化機制。細菌感染對中性粒細胞群的遺傳結構進行重新編程,改變亞群之間的動態轉變,并在不影響整體異質性的情況下啟動中性粒細胞以增強功能。總之,這些數據為在單細胞分辨率下研究中性粒細胞相關疾病機制、生物標志物和治療靶點建立了參考模型和一般框架。
案例六
單細胞測序揭示記憶CD8+T細胞的早期前體及其分子決定因素

研究目的:利用單細胞測序探索組織駐留記憶T細胞(Trm)亞群的異質性及其早期前體細胞亞群功能鑒定
樣本信息:小鼠CD8+T細胞(小腸IEL與脾臟)
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNA-seq)
捕獲細胞數:約2000個細胞
結論:在對微生物感染的免疫應答過程中,CD8+T細胞產生了不同類型的細胞亞群,這些亞群協調介導病原體的清除,并對再感染提供持久的保護,包括非循環組織常駐記憶T細胞的亞群介導非淋巴組織內的有效保護。本文使用單細胞RNA測序檢測脾臟和小腸上皮內淋巴細胞(siIEL)室中單個CD8+ T細胞在病毒感染反應分化過程中的基因表達模式,揭示了先前未知的siIEL CD8 T+細胞群在分化的幾個階段的轉錄異質性,代表了感染早期組織內功能不同的T細胞亞群和T細胞前體亞群。這些發現可能為優化CD8+T細胞反應以防止微生物感染和癌癥提供策略。
案例七
無創超聲刺激脾臟治療炎性關節炎

研究目的:利用單細胞測序揭示T細胞和B細胞群體在抗炎途徑中的重要性
樣本信息:小鼠脾臟
測序策略:10x平臺,單細胞測序(scRNA-seq)
捕獲細胞數:約25,000個細胞
結論:在炎癥性關節炎小鼠模型中,針對脾臟的每日無創超聲(US)刺激顯著降低了疾病的嚴重程度。只有在特定參數下才能觀察到改善,其中US可以提供保護和治療效果。脾細胞的單細胞RNA測序和遺傳免疫缺陷小鼠的實驗揭示了T細胞和B細胞群體在抗炎途徑中的重要性。這些發現證明了超聲
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單細胞RNA-seq和染色質可及性分析揭示了小鼠γδT細胞的異質性



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結論:通過將轉錄和染色質分析相結合,構建了小鼠淋巴、脾臟和胸腺中γδT細胞的單細胞轉錄組和染色質可及性景觀,揭示了γδT1和γδT17細胞在這些組織中的異質性。在胸腺中,重建了發育軌跡,并在單細胞RNA測序和轉座酶可及染色質測序數據的單細胞分析的基礎上,進一步深入了解了γδT細胞成熟期、中期和未成熟期的標志基因。值得注意的是,一種新的Gzma γδT細胞亞群被鑒定為不成熟的性質,并且僅局限于胸腺。最后,通過對晝夜節律轉錄因子(TF)基序富集、調節子富集和NR1D1敲除小鼠進行聯合分析,驗證了晝夜節律轉錄因素(TF)NR1D1是γδT17細胞分化的關鍵負調控因子。
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