文献解析|单细胞解析揭示抗中性粒细胞胞浆抗体相关性血管炎的免疫学特征

Single-cell multi-omics analysis identifies two distinct phenotypes of newly-onset microscopic polyangiitis

摘要

自身免疫性血管炎的临床异质性仍是一个未解之谜。本研究采用单细胞转录组分析技术，对新发病的显微镜下多血管炎（MPA）患者的外周血单核细胞（PBMC）进行了深入分析。结果显示，活化的CD14+单核细胞比例增加以及表达干扰素特征基因（ISGs）的CD14+单核细胞比例增加是MPA的显著特征。进一步的患者特异性分析将MPA分为两组：MPA-MONO组和MPA-IFN组。MPA-MONO组以持续存在的高比例活化CD14+单核细胞为特征，患者临床上表现为单核细胞比例增加和复发率高；而MPA-IFN组则以高比例的ISG+CD14+单核细胞为特征，患者血清干扰素-α浓度高且对免疫抑制治疗反应良好。本研究为MPA的免疫表型分类提供了重要依据，并为个性化治疗和预后预测提供了临床启示。

背景介绍

ANCA相关性血管炎（AAV）是一类复杂的自身免疫性疾病，其特点是产生抗中性粒细胞胞浆抗体（ANCA），导致小血管发生炎症性损害。AAV临床表现多样，且缺乏特异性标志物，使得诊断和治疗变得困难，从而增加了患者的死亡和残疾风险。近期，一篇发表在Nature Communications上的文章“Single-cell multi-omics analysis identifies two distinct phenotypes of newly-onset microscopic polyangiitis”通过单细胞技术深入探究了AAV的免疫表型分类，为个体化治疗提供了有价值的见解。

ANCA相关性血管炎主要分为显微镜下多血管炎（MPA）、肉芽肿伴多血管炎（GPA）和嗜酸细胞性肉芽肿伴多血管炎（EGPA）三种类型。本研究以MPA为研究对象，特别是以髓过氧化物酶（MPO）为抗原的MPA，进行深入探讨。

研究设计

本研究选取了8份来自新患未经治疗的MPA患者的PBMC样本，7份来自正常人的PBMC样本，以及3份来自新患经免疫抑制治疗后的MPA患者的PBMC样本。

采用组学方法包括单细胞RNA测序（scRNA-seq）、细胞表面蛋白质组测序（CITE-seq）和细胞质谱流式细胞术（CyTOF）对样本进行分析。这些技术共同揭示了MPA患者PBMC中免疫细胞的异质性，并帮助确定了MPA的两种不同免疫表型。

研究结果

1. CITE-seq结果揭示MPA细胞的分群特征

为了深入分析MPA细胞的特征，研究者利用10x Genomics平台对15例PBMC样本进行了全面的分析，同时获取了单细胞转录组和单细胞表面蛋白的表达数据。经过预处理、比对及严格的质量控制后，成功对剩余的109,350个细胞进行了精确注释，并鉴定出28个独特的细胞簇（图2b）。

通过细致的分群比较，研究者发现MPA患者的plasma细胞、CD14+单核细胞以及增殖中的CD4+T细胞比例显著增加，而CD8+初始T细胞、黏膜相关恒定T细胞（MAIT）、γδT细胞、经典树突状细胞（cDC）以及AXL+树突状细胞（ASDC）的比例则呈现下降趋势（图2c-f）。值得注意的是，γδT细胞和MAIT细胞在介导早期天然免疫反应中发挥着关键作用，并且与对抗髓过氧化物酶（MPO）的自身免疫反应密切相关。γδT细胞能够迁移到淋巴结中，促进树突状细胞的成熟与激活。

研究者推测，上述细胞类型比例的变化可能是由于γδT细胞和树突状细胞从PBMC中被招募到组织和淋巴结中所致。此外，研究还发现了一个显著特征：CD14+单核细胞数量显著增加，而CD8+初始T细胞数量减少，这一特征在临床上的MPA免疫检测中同样得到了验证。这些发现为深入理解MPA的发病机制提供了重要的线索。

2. MPA的两种主要表型分类

为了更深入地理解MPA的异质性，研究者对monocyte细胞和CD8+T细胞进行了细致的亚群细分，并利用Milo包进行了差异丰富度的计算（图3c, 3g）。基于已知的marker基因，monocyte细胞被成功细分为六个亚群：CD14 Mono_Activated（活化的CD14+单核细胞）、CD14 Mono_VCAN、CD14 Mono_ISG（表达干扰素特征基因的CD14+单核细胞）、VCD14 Mono_HLA、CD16 Mono和cDC；而CD8+T细胞则被分为五个亚群：CD8 T_Naïve（初始CD8+T细胞）、CD8 T_CM（中央记忆CD8+T细胞）、CD8 T_EM（效应记忆CD8+T细胞）、CD8 T_CTL（细胞毒性T淋巴细胞）和CD8 T_KIR（KIR+CD8+T细胞）。

通过对这些亚群的分析，研究者发现MPA的特征包括活化的CD14+单核细胞比例增加、表达ISG的CD14+单核细胞增多、具有细胞毒性活性的CD8+T细胞比例上升以及KIR+CD8+T细胞数量的增加。

为了进一步验证这些发现，并对MPA进行更精确的分类，研究者对8名MPA病人的分群结果和差异基因进行了深入分析。基于这些分析，MPA被分为三个免疫学表型：MPA-1和MPA-2由于高表达CD14+单核细胞而被归为MPA-MONO组；MPA-3、MPA-4和MPA-5则因高表达ISG的CD14+单核细胞而被归为一组，但考虑到其特异性，最终与MPA-6、MPA-7和MPA-8（尽管它们表现出不同的特征，但在此分析中未形成明确的亚群）区分开，后者被暂定为MPA-other组（图4）。然而，值得注意的是，在深入分析后，研究者更聚焦于MPA-MONO组和以高表达ISG的CD14+单核细胞为特征的另一组（可视为MPA-IFN组，以突出其干扰素特征），这两组构成了MPA的主要免疫学表型分类。这一发现为MPA的个性化治疗和预后预测提供了重要的临床启示。

3. MPA表型与治疗反应的关联性

为了深入探究MPA不同表型与治疗反应之间的关系，研究者对MPA-1、MPA-2和MPA-3三位患者（分别代表MPA-MONO和MPA-IFN等不同表型）在免疫治疗前后的细胞比例以及预后表现进行了详细比较。

研究结果显示，经过治疗后，MPA-MONO表型的患者表现出对免疫治疗的抵抗性，其细胞比例和活化状态在治疗前后并未发生显著变化。相反，MPA-IFN表型的患者则与肾脏症状的出现和高MPO-ANCA滴度密切相关，并且对这一治疗表现出了良好的反应，细胞比例和相关炎症标志物在治疗后有所下降。

进一步的通路分析为这一发现提供了有力支持。研究证实，转录因子CEBPD和RUNX1在CD14 Mono_Activated亚群的活化过程中发挥着关键作用，而这种亚群的增加正是MPA-MONO表型的显著特征。这表明，针对这些转录因子的调控可能是改善MPA-MONO表型患者治疗反应的有效途径。

基于这些发现，研究者提出了针对不同MPA表型患者的临床管理策略。对于MPA-MONO表型的患者，由于其对传统免疫治疗抵抗，因此可能需要探索以单核细胞为靶点的创新疗法。而对于MPA-IFN表型的患者，由于其与B细胞活化和干扰素信号通路的密切关联，因此可能更适合采用B细胞特异性疗法或抗干扰素治疗等策略。这些建议为MPA的个性化治疗提供了重要的参考依据，有望进一步提高患者的治疗效果和预后质量。

总结

本研究通过运用先进的单细胞多组学分析技术，成功鉴定并揭示了两种新的MPA（显微镜下多血管炎）表型：MPA-MONO和MPA-IFN。这一发现不仅深化了我们对AAV（抗中性粒细胞胞浆抗体相关性血管炎）临床异质性的理解，而且明确指出了这种异质性与其免疫学基础之间的紧密联系。

具体而言，MPA-MONO表型以活化的CD14+单核细胞数量增加为特征，而MPA-IFN表型则与表达干扰素特征基因的CD14+单核细胞数量增多及相关的免疫学改变有关。这些发现为我们理解MPA的不同免疫学表型提供了新的视角，强调了免疫系统在AAV发病机制中的重要作用。

更重要的是，本研究还为临床治疗提供了可能的个性化策略。针对不同MPA表型的患者，我们可以考虑采用不同的治疗方法和药物，以更有效地控制病情并改善患者的生活质量。例如，对于MPA-MONO表型的患者，可以考虑采用针对单核细胞的治疗策略；而对于MPA-IFN表型的患者，则可能更适合采用抗干扰素治疗或B细胞特异性疗法等。

综上所述，本研究不仅为我们理解MPA的免疫学基础提供了新的见解，而且为AAV的临床治疗开辟了新的思路，有望推动该领域研究的进一步发展。