2022-03-24
今天给大家带来一篇两年前的单细胞测序文章，来自于单细胞领域的开山鼻祖北京大学汤富酬教授课题组的作品，虽然已两年过去，但其研究的大体思路还是值得我们好好学习参照。
先简单了解一下IgA肾病，这是一种典型的自身免疫性疾病，其特征为肾小球系膜区的IgA(免疫球蛋白A)沉积，临床表现为反复发作性肉眼血尿或镜下血尿，目前无特殊治疗方法，主要还是以保护肾功能，减慢病情进展为主。其发生机制尚未完全解析清楚。
研究收集了13名IgAN患者的肾活检样本和6名患者肾切除标本的正常组织；此外，还采集了5名健康捐赠者和13名IgAN患者中5名患者的外周血。取材制样流程图如下：
在对上述获取的细胞进行初步过滤后，得到总计3620个单细胞样本。随后利用Seurat进行了降维和聚类分析，基于CellPhoneDB预测两种细胞类型间富集的受体-配体互作对，并用R包igraph进行可视化；用DAVID对系膜细胞做了GO功能富集；通过GSEA分析了肾脏驻留巨噬细胞富集的信号通路；基于Spearman相关性进行了分层聚类以分析IgAN收集导管上皮细胞的异质性，并进一步做了monocle拟时序分析，揭示纤维化过程。最后，根据已发表的GWAS研究评估IgAN风险基因的细胞类型特异表达。下面，我们一起看一下文章的重点结果。
一、IgAN单细胞图谱描绘
识别了9种不同的细胞类型，如肾小管细胞、足细胞、内皮细胞、系膜细胞，还有部分免疫细胞如T细胞、巨噬细胞。
二、细胞特异性的基因表达模式
通过转录差异分析发现IgAN系膜细胞差异基因主要富集在跟细胞粘附、细胞外基质相关的条目上。且发现J CHAIN在系膜细胞高表达，而J CHAIN被认知的主要功能是机体在形成IgM或IgA多聚体时起到一个连接彼此的铰链作用，以及辅助抗体的转运、识别等。在本研究中首次发现其在IgAN系膜细胞中的高表达，说明JCHAIN可能是IgA抗体免疫复合物倾向于沉积在IgAN患者的肾小球系膜区的原因。
三、细胞通讯分析
系膜细胞和内皮细胞的相互通讯最强，说明在IgAN系膜细胞增殖过程中，内皮细胞与系膜细胞之间可能存在紧密的相互作用，共同导致了系膜区的病理变化。
四、相关免疫细胞表达情况
巨噬细胞和T细胞是IgAN间质中主要的浸润细胞类型，IgAN肾脏原位巨噬细胞表现出NOTCH信号通路、糖酵解、脂肪酸代谢等生物学过程的异常。还发现CCL2和CX3CR1在IgAN中高度表达，IgAN样品中的CD14+ 外周血巨噬细胞(PBMCs)表现出明显的干扰素应答，IgAN肾脏CD8+T细胞的免疫耗竭相关的基因表达增强，细胞毒性相关基因表达减弱。
五、拟时序分析揭示肾间质纤维化过程
IgAN肾小管闰细胞（Intercalatedcell,IC）可能存在新的亚型。对IgAN闰细胞进一步分析发现其存在三种亚型，IC为一种中间状态，可向IC1、IC2转分化，Wnt以及FGF相关通路的基因表达主要集中于IC1、IC2，EMT相关的主要标记基因同样也在IC1、IC2高表达。IC1和IC2的基因表达模式表现出对与EMT和纤维化相关的基因和转录因子的高度富集，尤其是已证实与IgAN相关的重要纤维化调节因子S100A4，这可能提示肾小管闰细胞可能参与了IgAN患者的肾间质纤维化过程。
总而言之，这篇文章非常符合常见的单细胞数据分析套路，加入细胞通讯，拟时序等分析尝试去解释生物学问题，其实还有很多比如WGCNA，GSEA等都可以应用到单细胞文章当中，后续我们再一一解读。
