JAK-STAT激活参与细胞毒性T细胞介导的人慢性肺同种异体移植功能障碍中的基底细胞死亡。

JAK-STAT activation contributes to cytotoxic T cell-mediated basal cell death in human chronic lung allograft dysfunction.

作者信息Aaditya Khatri, Jamie L Todd, Fran L Kelly, Andrew Nagler, Zhicheng Ji, Vaibhav Jain, Simon G Gregory, Kent J Weinhold, Scott M Palmer
PMID36946463
发布时间2023-03-22
DOI10.1172/jci.insight.167082

实验完整度

包含单细胞RNA-Seq、空间转录组学、免疫荧光、Western blot、体外细胞实验等多层级验证。

主要模型

人CLAD移植肺组织 供体肺对照组织 原代人支气管上皮基底细胞 肺移植对照组织

重点核对

CLAD样本n=4,对照n=3 IFNA1刺激浓度100 ng/μL JAK1抑制剂brepocitinib浓度0.5 μM 处理24小时 3个生物学重复

摘要

慢性肺同种异体移植功能障碍(CLAD)是肺移植受者死亡的主要原因。CLAD的临床特征是肺功能持续下降,组织学特征是发生以细支气管闭塞为表现的气道中心性纤维化,称为闭塞性细支气管炎。目前尚无获批的CLAD治疗方法,其发展机制仍知之甚少。我们对人CLAD受者移植肺组织进行了单细胞RNA测序和空间转录组学分析,并进行了独立的验证研究,以确定Janus激酶-信号转导与转录激活因子(JAK-STAT)信号通路在气道上皮细胞中的重要作用,该通路有助于气道特异性同种免疫损伤。具体而言,我们证实JAK-STAT信号通路的激活导致气道基底细胞(一种重要的气道上皮祖细胞群体)中主要组织相容性复合体1(MHC-I)的上调,进而导致细胞毒性T细胞介导的基底细胞死亡。这项研究为CLAD中驱动气道中心性同种免疫损伤的细胞间相互作用提供了机制性见解,并为CLAD的预防或治疗提供了一种潜在的新型治疗策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
慢性肺同种异体移植功能障碍中气道上皮细胞与免疫细胞相互作用的机制是什么?
核心机制
JAK-STAT信号通路激活导致气道基底细胞MHC-I上调,进而被细胞毒性CD8+T细胞识别并杀伤,引起基底细胞死亡。
主要证据
单细胞RNA-Seq和空间转录组学发现CLAD基底细胞中MHC-I和IFN基因集富集,免疫荧光和Western blot验证蛋白表达,体外实验证明IFN刺激和JAK1抑制影响MHC-I表达,TUNEL和邻近连接实验证明CD8+T细胞与基底细胞相互作用并诱导凋亡。
研究意义
揭示了CLAD中气道中心性同种免疫损伤的细胞间相互作用机制,为JAK抑制剂作为CLAD预防或治疗策略提供了依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组谱分析

揭示CLAD肺组织中的细胞组成和转录变化,识别差异表达基因和通路。

对4例CLAD和3例对照肺组织进行单细胞RNA-Seq,经UMAP聚类识别40个细胞群,分析上皮细胞亚群和基底细胞差异表达基因。

2

验证MHC-I和JAK-STAT信号通路

验证CLAD基底细胞中MHC-I表达和JAK-STAT通路激活。

通过免疫荧光、Western blot和免疫荧光检测CLAD和对照气道中MHC-I表达,并通过免疫荧光检测STAT1核定位。

3

体外实验验证JAK-STAT的作用

确定JAK-STAT激活对MHC-I表达的必要性和充分性。

使用原代人基底细胞,经IFNA1刺激和JAK1抑制剂处理,检测B2M和pSTAT1表达。

4

分析CD8+T细胞富集和相互作用

评估CLAD肺中CD8+T细胞亚群特征及其与基底细胞的潜在相互作用。

对单细胞数据中的CD8+T细胞亚群进行基因表达分析,使用CellChat预测细胞间相互作用,并通过免疫荧光和邻近连接实验验证。

5

空间转录组学验证

在组织形态学背景下验证CD8+TEM细胞在早期CLAD气道中的富集。

对3例CLAD和1例对照组织进行Visium空间转录组学,将单细胞RNA-Seq定义的细胞群映射到空间数据。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
多组织解离试剂盒1Miltenyi Biotec130-110-201
gentleMACS解离器Miltenyi Biotec130-093-235
红细胞裂解液MilliporeSigmaR7757
单细胞3'试剂盒v210x Genomics--
NovaSeq 6000Illumina--
干扰素-αAbcamab48750
brepocitinib (PF-06700841)MilliporeSigmaPZ0345
含蛋白酶和磷酸酶抑制剂的RIPA缓冲液Santa Cruz Biotechnologysc-24948
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
NuPAGE凝胶Thermo Fisher ScientificNP0322BOX
PVDF膜Thermo Fisher ScientificIB24001
iBlot2干转印系统Thermo Fisher Scientific--
STAT1抗体Cell Signaling Technology9172
pSTAT1抗体Cell Signaling Technology9167
B2M抗体Cell Signaling Technology12851
GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32233
化学发光试剂Thermo Fisher Scientific34580
X射线胶片VWRPI34090
KRT5抗体BioLegend905901
STAT1抗体Cell Signaling Technology9172
CD8A抗体MilliporeSigma108M-9
乙酰化α-微管蛋白抗体MilliporeSigmaT7451
SCGB1A1抗体R&D SystemsMAB4218
B2M抗体BioLegend311402
TUNEL原位凋亡检测试剂盒ElabscienceE-CK-A322
邻近连接分析试剂盒MilliporeSigmaDUO92105
B2M探针Abcamab215889
CD8A探针Abcamab217344
CD45微珠Miltenyi Biotec130-045-081
CD31微珠Miltenyi Biotec130-091-935
6.5 mm聚酯膜插入式培养皿(0.4 μm孔径)MilliporeSigmaCLS3470
人胎盘IV型胶原蛋白MilliporeSigmaC7521
Visium空间基因表达载玻片10x Genomics--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
单细胞RNA-Seq样本制备
组织消化条件、细胞裂解和过滤参数、测序平台
阅读提示:Methods: Human lung sample preparation for single-cell sequencing
单细胞数据分析
Cell Ranger版本、参考转录组、Seurat参数、FindClusters分辨率
阅读提示:Methods: Human lung single-cell sequencing data processing
体外细胞实验
IFNA1浓度、brepocitinib浓度、处理时间、细胞代数
阅读提示:Methods: In vitro culture and assays
免疫荧光
抗原修复条件、抗体稀释度、孵育时间、切片类型
阅读提示:Methods: Immunofluorescence
空间转录组学
切片厚度、组织处理、空间转录组学平台和参数
阅读提示:Methods: Visium spatial transcriptomics