7月，小編為大家解析的單細胞測序發(fā)現(xiàn)肝癌（HCC）炎癌轉化機制的文章在業(yè)內引起了一波轟動（烈冰助力發(fā)表免疫頂刊Immunity第一彈~詳情戳這里），8月，烈冰用戶再次傳來好消息，Immunity重磅呈現(xiàn)第二彈——硒在炎癥性腸炎（IBD）中誘導T細胞分化中的關鍵作用。

2021年8月2日，浙江大學生命科學研究院靳津課題組和浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院曹倩課題組（博士研究生黃靈潔、毛信韜和東南大學副研究員李異媛為本文的共同第一作者）合作在Immunity（IF=31.745）發(fā)表題為Multiomic analyses reveal a critical role of selenium in controlling T cell differentiation in Crohn’s disease 的文章。

烈冰生物參與了本研究的單細胞數(shù)據(jù)分析工作。下面，我們跟隨大佬步伐，一起了解下本文研究思路和數(shù)據(jù)分析過程。

01 樣本信息

實驗分組：健康人(n=3)，克羅恩病（Crohn’s disease, CD n=6)，潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis, UC n=6)患者的結腸活檢組織

單細胞捕獲平臺：10X Genomics

細胞數(shù)量：63,314 CD45+ 免疫細胞

02 技術手段

流式細胞分選

單細胞轉錄組測序

液相-色譜分析LC-MS

細胞內細胞因子染色ICS

RNA-seq

模型構建

臨床評價

03 單細胞分析工具應用

細胞類型鑒定

subCluster分析

差異基因表達分析

細胞通訊分析

04 結果分析

1.IBD患者結腸免疫細胞類型鑒定

利用單細胞測序技術，作者從15個樣本中共獲得了63314個CD45+免疫細胞，其中包括IBD特異性的細胞類型，為了進一步闡明免疫細胞群的異質性，作者將這些細胞劃分為CD4+T細胞、CD8+T細胞、B細胞、髓系細胞、自然殺傷(NK)細胞和固有淋巴細胞(ILCs)。對CD和UC患者的免疫細胞進行鑒定，發(fā)現(xiàn)了Th1-like細胞特異性的出現(xiàn)在CD患者中，Th17-like細胞特異性的出現(xiàn)在UC患者中。

2.CD４＋效應T細胞的分化

作者在研究中發(fā)現(xiàn)，CD和UC患者的結腸黏膜的免疫細胞組成存在一些差異，應用細胞通訊分析、差異基因和代謝組分析，進一步闡明CD4+效應T細胞在這兩種疾病中的極化機制，發(fā)現(xiàn)CD4+效應T細胞在CD和UC患者中表現(xiàn)的不同反應模式，并不是由于先天免疫細胞誘導的特異性細胞因子，可能是由于代謝組分的變化誘發(fā)T細胞的分化模式的不同。

3.含硒化合物調控T細胞的分化

作者利用代謝組分析對94個樣本（32個CD患者，32個UC患者和30個健康人）中的1994種代謝產(chǎn)物進行PCA分析，發(fā)現(xiàn)在CD和UC中存在92種和275種特異性變化的代謝物。對CD患者群體的不同定量代謝產(chǎn)物變化趨勢進行分析，發(fā)現(xiàn)油酸、鞘氨醇和琥珀腺苷與CD的嚴重程度呈正相關，而5-羥基吲哚乙酸（5-HIAA）、3-磷酸甘油酸和3'-磷酸腺苷硒酸呈負相關。

進一步利用體外實驗發(fā)現(xiàn)亞硒酸鹽在Th1細胞分化中起著關鍵作用，抑制Th1細胞的分化促進T細胞的增殖，且當添加硒元素時，CD患者的癥狀隨著硒元素濃度的增加而有所緩解，但其潛在機制有待進一步研究。

4.硒調控Th1細胞的分化機制

為了闡明硒調控Th1細胞的分化機制，作者對Th1細胞（亞硒酸鹽處理）進行代謝組學分析，發(fā)現(xiàn)差異代謝物主要是一些氨基酸和嘌呤，進一步的驗證發(fā)現(xiàn)，當用硒處理后，Th1細胞中和嘌呤相關的基因表達上調，差異表達基因主要集中在單碳和葉酸代謝過程中。

對亞硒酸鹽處理的Th0和Th1細胞進行蛋白組學分析，發(fā)現(xiàn)其促進了多種硒蛋白的表達，其中硒蛋白W（SELW）調控單碳代謝和嘌呤補救途徑，介導活性氧 (ROS)的清除，從而影響了Th1細胞分化。

5.體內實驗驗證亞硒酸鹽的作用

作者建立一個T細胞轉化誘導的結腸炎模型，發(fā)現(xiàn)硒的缺少會使得小鼠的體重顯著下降，結腸上皮細胞脫落。在補充硒的小鼠中，結腸的長度顯著增長，且體重無明顯下降，表明硒缺乏時，會加重結腸炎且使得Th1細胞數(shù)量的增加，即硒的存在可以緩解IBD的癥狀。接下來在臨床實驗中，患者通過口服亞硒酸鈉發(fā)現(xiàn)臨床癥狀有緩解，Th1細胞介導的免疫被抑制。

總結：

該合作團隊利用單細胞轉錄組測序和代謝組分析，系統(tǒng)解析了CD和UC患者的腸道免疫細胞圖譜及代謝改變，闡明了CD結腸中獨特的代謝改變塑造局部黏膜免疫應答模式的機制。補充硒制劑有望通過抑制Th1細胞分化來緩解CD腸道炎癥。此研究為IBD免疫-代謝機制的發(fā)現(xiàn)提供了一種新思路，對于全面理解CD和UC的發(fā)病機制差異、開發(fā)靶向特定疾病的治療策略有重要的價值。

烈冰生物具備全套單細胞分選平臺，為您提供完整的單細胞轉錄組測序全服務流程，涉及各種類型樣本制備、完善的實驗質控流程、個性化的數(shù)據(jù)分析。

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