嗜酸性粒细胞性食管炎中肥大细胞的单细胞RNA测序揭示异质性、局部增殖和持续至缓解期的活化

Single-cell RNA sequencing of mast cells in eosinophilic esophagitis reveals heterogeneity, local proliferation, and activation that persists in remission

作者信息Netali Ben-Baruch Morgenstern, Adina Y Ballaban, Ting Wen, Tetsuo Shoda, Julie M Caldwell, Kara Kliewer, Jennifer M Felton, J Pablo Abonia, Vincent A Mukkada, Philip E Putnam, Scott M Bolton, Daniel F Dwyer, Nora A Barrett, Marc E Rothenberg
PMID35304158
发布时间2022-06
DOI10.1016/j.jaci.2022.02.025

实验完整度

包括scRNA-seq、流式细胞术、免疫荧光等独立实验层级,并包含功能验证和机制验证。

主要模型

人食管活检组织 肥大细胞亚群

重点核对

scRNA-seq分析中,细胞过滤标准为unique feature counts >200且<4,800,线粒体计数<20% 流式细胞术鉴定MC为CD45highc-KIThighFcεRIα high 免疫荧光染色使用tryptase作为MC标志物,KI67作为增殖标志物 MC群体分为resident、transient、persistent和proliferative四种类型

摘要

背景:肥大细胞(MC)是多效性细胞,在嗜酸性粒细胞性食管炎(EoE)患者的食管中积聚,并被认为有助于疾病发病机制,然而它们在该器官中的特性和功能在很大程度上是未知的。目的:我们旨在对EoE中的食管MC进行全面的分子和空间表征。方法:从活动性EoE患者、组织学缓解期EoE患者以及组织学正常且无食管疾病史的个体(即对照个体)获得的食管活检样本进行了scRNA测序、流式细胞术和免疫荧光分析。结果:我们通过单细胞RNA测序探测了39,562个食管单细胞;其中约5%是MC。我们确定了跨疾病状态的动态MC扩增。在稳态期间,TPSAB1highAREGhigh常驻MC主要分布在固有层,并表现出静止表型。在活动性EoE患者中,常驻MC呈现活化表型,并且在上皮内隔室中出现了两个额外的促炎性MC群体,每个群体都与增殖的MKI67high簇相关。一个标记为KIThighIL1RL1highFCER1Alow的促炎性活化MC群体在疾病缓解期未被检测到(称为瞬时MC),而另一个标记为CMA1highCTSGhigh的群体在疾病缓解期被检测到,并保持活化状态(称为持续性MC)。MC是食管IL-13 mRNA和蛋白的主要生产者,IL-13是EoE的关键治疗靶点。结论:食管MC包含异质性群体,其转录特征与不同的空间区域化和EoE疾病状态相关。在活动性EoE中,它们呈现促炎状态并局部增殖,即使在疾病缓解期间也保持活化并准备重新启动炎症。

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
食管肥大细胞在EoE中的特性和功能是什么?
核心机制
在活动性EoE中,食管MC呈现促炎状态并局部增殖,其中持续性MC群体即使在疾病缓解期间也保持活化,可能通过产生IL-13等炎症介质促进炎症持续或复发。
主要证据
scRNA-seq鉴定出MC亚群及其转录特征,流式细胞术和免疫荧光验证了MC的扩增和活化状态,并证实MC是IL-13的主要来源。
研究意义
该研究强调了MC在EoE发病机制中的重要性,提示控制组织MC扩增可能是实现EoE完全缓解所必需的。

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

患者队列和样本采集

获取不同疾病状态的食管活检样本以进行后续分析

纳入活动性EoE、缓解期EoE和对照个体的食管活检样本,分别用于scRNA-seq、流式细胞术和免疫荧光分析。

2

单细胞RNA测序分析

鉴定食管细胞类型和MC亚群及其转录特征

对食管活检制备的单细胞悬液进行scRNA-seq,鉴定主要细胞类型,并进一步对MC进行亚群分析。

3

流式细胞术验证MC水平和表型

验证不同疾病状态下MC的比例和免疫表型

使用流式细胞术分析食管活检消化后的单细胞悬液,鉴定MC(CD45highc-KIThighFcεRIα high)和嗜酸性粒细胞。

4

免疫荧光分析MC定位和增殖

评估MC在食管组织中的空间分布和增殖情况

对食管活检组织进行免疫荧光染色,使用tryptase标记MC,KI67标记增殖细胞,IL-13标记细胞因子。

5

分析和相关性验证

评估MC与EoE相关炎症介质的相关性

利用先前发表的bulk RNA-seq数据,分析MC标志基因(TPSAB1, CPA3)与IL13、IL5等细胞因子的表达相关性。

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
胶原酶ARoche--
LIVE/DEAD可固定死细胞染料InvitrogenL34957
Fc受体阻断剂BD Biosciences564219
抗人CD45抗体Biolegend103147
抗人FcεR1α抗体Biolegend334608
抗人c-KIT抗体Biolegend313204
抗人tryptase抗体Biolegend369402
抗人KI-67抗体InvitrogenPA-19462
抗人IL-13抗体Biolegend501902
Hoechst 33342InvitrogenH3570
驴抗小鼠Alexa Fluor 647Jackson715605151
驴抗大鼠Alexa Fluor 488InvitrogenA21208
驴抗兔Alexa Fluor 488Jackson711545152
ProLong Gold抗淬灭剂InvitrogenP10144
R-UNIVERSAL抗原修复液EMS62719-20
10X Genomics Chromium10X Genomics, Inc.--
Illumina HiSeq 2500Illumina--

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
样本处理
食管活检样本的酶消化条件,包括胶原酶A浓度(2.4 mg/mL)和消化时间(30分钟)
阅读提示:Methods: Enzymatic digestion of esophageal biopsies to produce a single-cell suspension
流式细胞术
MC的免疫表型标记物(CD45, c-KIT, FcεR1α)及抗体克隆和稀释度
阅读提示:Methods: Flow cytometry staining
免疫荧光
用于MC、增殖和IL-13染色的抗体以及抗原修复条件
阅读提示:Methods: Immunofluorescence staining
scRNA-seq分析
细胞过滤标准、聚类参数(如维度数、分辨率)以及MC亚群的定义标记基因
阅读提示:Methods: Single-cell RNA sequencing analysis
数据分析
用于相关性分析的统计数据来源和统计方法
阅读提示:Results: Esophageal MCs increase in human active EoE...