自身免疫介导的干眼病角膜中的免疫景观与细胞间交互

Immune Landscape and Intercellular Crosstalk in the Cornea of an Autoimmune-Mediated Dry Eye Disease

作者信息Luye An, Mario A Robledo, Seyyed Vahid Niknezhad, Wendy Ko, Beryl Zhang, Yu Ting Chen, Nancy A McNamara, Sarah M Knox
PMID42885991
发布时间2026-10-01
DOI10.1167/iovs.67.12.32

实验完整度

高

全片免疫荧光、角膜切片免疫荧光、scRNA-seq及CellChat分析,涵盖蛋白与转录本两个独立证据层级并验证多种免疫亚群。

主要模型

Aire−/−小鼠(BALB/c背景,7–11周龄,经丽丝胺绿染色确认干眼表型) 野生型(WT)BALB/c小鼠角膜 Aire−/−与WT小鼠角膜单细胞悬液(scRNA-seq)

重点核对

Aire−/−小鼠纳入标准:7–11周龄且丽丝胺绿染色确认干眼表型 scRNA-seq每基因型合并5只小鼠角膜,每样本目标15,000个细胞 免疫荧光定量:T细胞和B细胞数归一化至3D图像体积,巨噬细胞以信号体积归一化 免疫荧光每组n=3–5只雌鼠,每只动物至少3个视野,每视野计数共定位细胞 scRNA-seq质控阈值:min_genes≥200、线粒体基因<10%、血红蛋白基因<10%,双细胞评分>0.2剔除

摘要

目的:本研究旨在全面表征自发性自身免疫介导的干眼病(DED)小鼠模型中驻留和浸润免疫细胞的身份与信号谱,以及它们与非免疫细胞的相互作用。方法:通过全片免疫荧光分析野生型(WT)和自身免疫调节因子缺陷(Aire−/−)小鼠的角膜组织,以确定免疫细胞组成及在角膜缘和中央角膜的空间分布。使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)进一步表征免疫细胞身份和细胞间通讯。使用CellChat分析免疫细胞、上皮细胞和基质细胞之间的细胞间信号通路。结果:免疫荧光显示,与WT对照相比,Aire−/−角膜中CD3⁺和CD4⁺ T细胞、CD45R⁺ B细胞和IBA1⁺巨噬细胞广泛浸润。scRNA-seq鉴定出多种免疫亚群,包括细胞毒性T细胞、γδ17细胞、调节性T细胞、NK T细胞、B细胞、浆细胞和多种巨噬细胞亚型。单核细胞衍生的巨噬细胞表现出独特的转录程序,包括促炎和抗原呈递表型,CD40至CD40L信号连接T细胞、B细胞和巨噬细胞。CellChat分析显示,与免疫激活、炎症、凋亡和免疫耐受丧失相关的信号通路协同上调。此外,Aire−/−角膜中的上皮细胞和角膜细胞上调抗原呈递和促炎基因特征,表明非免疫细胞积极参与免疫激活和募集。结论:单细胞转录组学揭示了Aire−/−角膜中一个复杂的、多细胞的炎症环境,涉及多种免疫亚群以及活化的驻留上皮细胞和基质细胞。这些发现提示非T细胞机制参与了慢性干眼病的发病机制,并可能解释了目前美国食品药品监督管理局(FDA)批准的靶向T细胞疗法疗效有限的原因。对这些多细胞相互作用和信号通路的进一步表征可能有助于为自身免疫介导的干眼病开发更广泛的治疗策略。

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
自身免疫介导的干眼病角膜中,驻留和浸润免疫细胞的组成、空间分布及与非免疫细胞的信号交互如何?
核心机制
Aire−/−角膜中CD40–CD40L信号连接CD4+ T细胞、B细胞和巨噬细胞,并伴有ANNEXIN、IL16、APRIL、FASLG、MHC-I/II等通路激活;上皮细胞和炎症性角膜细胞上调抗原呈递与促炎基因,参与免疫激活和募集。
主要证据
全片免疫荧光显示Aire−/−角膜中央和角膜缘CD3+、CD4+ T细胞、CD45R+ B细胞及IBA1+巨噬细胞显著增多;scRNA-seq鉴定出细胞毒性T细胞、γδ17、Treg、NK T、B细胞、浆细胞及多种巨噬细胞亚群;CellChat预测CD40–CD40L等通路,免疫荧光显示CD154与CD4共定位、CD40与CD45R+ B细胞共定位。
研究意义
提示非T细胞机制(包括B细胞、浆细胞、巨噬细胞及非免疫细胞信号)参与慢性干眼病发病,可能解释现有T细胞靶向疗法疗效有限,并为更广泛的治疗策略提供依据。

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

全片免疫荧光表征免疫细胞空间分布

确定WT和Aire−/−角膜中主要免疫细胞类型及其在角膜缘与中央角膜的分布和丰度

对WT和Aire−/−小鼠全角膜进行CD31、LYVE1、KRT12、KRT13、IBA1、CD3、CD45R、CD4等免疫荧光染色,以血管和淋巴管界定角膜缘边界,定量角膜缘和中央角膜免疫细胞

2

scRNA-seq构建角膜细胞图谱

无偏解析WT和Aire−/−角膜中免疫与非免疫细胞的转录组异质性

消化5只小鼠角膜合并为单细胞悬液,使用10× Genomics Chromium Single Cell 5' V3 GEM-X建库测序,Scanpy进行质控、聚类和注释

3

免疫亚群鉴定与蛋白水平验证

解析T细胞、B细胞和髓系细胞亚群,并在蛋白水平验证关键亚群

基于标记基因特征评分鉴定T细胞、B细胞和单核/巨噬细胞亚群;用FOXP3/GZMB/CD3、CD138/CD45R、CD68/C1QC等免疫荧光验证

4

CellChat细胞间通讯分析

比较WT和Aire−/−角膜的细胞间信号网络,识别驱动免疫浸润的通路

使用CellChat V2和CellChatDB.mouse推断分泌信号和细胞接触信号,比较两组差异交互

5

CD40–CD40L通路的免疫荧光验证

为CellChat预测的CD40–CD40L相互作用提供正交支持

全片免疫荧光共染CD154(CD40L)与CD4、CD40与CD45R,观察配体与受体在Aire−/−角膜中的共存在

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
角质形成细胞无血清培养基Gibco17005042
胶原酶A----
Chromium单细胞5' V3 GEM-X试剂盒10× Genomics--
Fluoro-Gel封片剂Electron Microscopy Sciences17985-10
Fluoromount-G封片剂Invitrogen00-4958-02
Tissue Tek OCT包埋剂Sakura Finetek--
冷冻切片机Leica--
抗CD31抗体BD553370
抗LYVE1抗体R&DAF2125
抗KRT12抗体Abcamab125627
抗KRT13抗体Abcamab92551
抗IBA1抗体WakoWDJ3047
抗CD3抗体Biolegend100202
抗CD45R抗体Invitrogen14-0452-81
抗CD45R-FITC抗体Invitrogen11-0452-82
抗CD4抗体BD550280
抗Ly6G抗体Biolegend127602
抗FOXP3抗体CellSignaling12653
抗GZMB抗体CellSignaling17215
抗IgD抗体BD553438
抗CD68抗体Biolegend137001
抗C1qc抗体Proteintech16889-1-AP
抗CD138抗体BD553712
抗CD154(CD40L)抗体Invitrogen13-1541-82
抗CD40抗体AbcamAB317586
Hoechst 33342核染料Sigma-Aldrich--
Alexa荧光团偶联二抗Jackson ImmunoResearch Inc.--
Zeiss Yokogawa转盘共聚焦显微镜Zeiss--
Zeiss LSM 900共聚焦显微镜Zeiss--

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
动物模型与分组
小鼠品系(BALB/c背景WT与Aire−/−)、纳入周龄7–11周、丽丝胺绿染色确认干眼表型;性别比例未均衡,文中未明确说明各实验性别分布
阅读提示:Materials and Methods的Animals小节及各Figure legend
scRNA-seq样本与建库
每基因型合并5只小鼠角膜、目标15,000细胞、消化时间与酶浓度、质控阈值
阅读提示:Materials and Methods的Single-Cell RNA Sequencing and Analysis小节
全片免疫荧光定量
每组n=3–5只雌鼠、T细胞和B细胞数及巨噬细胞信号体积的归一化方式、抗体稀释比
阅读提示:Materials and Methods的Image Quantification小节及Figure 1 legend
细胞间通讯分析
CellChat参数truncatedMean及trim=0.1、排除的细胞类型(黑色素细胞和血管内皮细胞)、保留角膜内皮细胞
阅读提示:Materials and Methods的Single-Cell RNA Sequencing and Analysis小节
CD40–CD40L免疫荧光验证
CD154与CD4、CD40与CD45R分开展示,仅证明配体与受体共存在而非直接结合;3只雌性Aire−/−小鼠
阅读提示:Figure 5E legend及Results中相关描述