单细胞RNA和ATAC测序揭示系统性红斑狼疮和原发性干燥综合征外周血B细胞的分子特征及分化轨迹

背景系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus,SLE)和原发性干燥综合征(primary Sjogren’s syndrome,p SS)是女性常见的慢性难治性自身免疫性疾病。这些自身免疫性疾病(autoimmune disease,ADs)在单个患者中同时发生(多自身免疫)和一个核心家庭的成员们中同时发生(家族自身免疫)表明它们具有共同的病因,包括遗传、表观遗传因素和性激素。SLE和p SS有许多共同的临床表现、血清学特征和免疫学特征,B细胞的耐受性丧失,导致自身抗体和免疫复合物的持续产生是其发病的关键,但是SLE和p SS的发病机制有所不同。传统的方法忽略了在单细胞水平上的机制研究,采用单细胞测序分析开展SLE和p SS中B淋巴细胞的研究,可能有助于揭示SLE和p SS的重要致病机制,确定新的诊断标志物和治疗靶点,为精准医疗提供依据。目的采用单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing,sc RNA-seq)和利用转座酶研究染色质可及性的单细胞测序(single-cell assay for transposase-accessible chromatin sequencing,sc ATAC-Seq)整合分析方法鉴定SLE和p SS中的B淋巴细胞亚群,研究其bioactive glass分子特征和分化轨迹。方法选取2020年10月-2022年8月在我院就诊的SLE患者1例,记录患者的临床资料,评估其SLE疾病活动指数评分(SLE Disease Activity Index,SLEDAI)。同时选择与性别年龄相一致的原发性干燥综合征(Primary Sjogren’s syndrome,p SS)患者1例作为病例对照,1例健康自愿者作为健康对照。抽取所NN2211研究购买有受试者周围静脉血30ml,提取外周血单个核细胞后,运用流式分选技术筛选出CD45~+CD19~+B淋巴细胞,制备单细胞悬液,建立c DNA文库。采用sc RNA-seq和sc ATAC-Seq得到原始数据,通过Arch R和Seurat软件包进行生物信息学分析和统计学数据处理。结果1.我们的sc RNA-seq数据鉴定了8个不同的细胞亚群,Naive B1和Naive B2细胞亚群在SLE和p SS的CD45~+CD19~+B细胞组成中特异性扩增,p SS和SLE中的Naive B细胞共享下调的差异基因IGHA1,IGLC3和IL4R。SLE中Naive B细胞中最高上调的差异基因为干扰素相关基因IFI44L、PLCG2和IFI44。而在p SS的Naive B细胞中,表达上调最多的差异基因为JUN家族相关基因FOS、FOSB和CD69。2.SLE和p SS中Naive B细胞的差异基因富集于相似的信号通路,均显著富集于TNF信号通路、Th17细胞分化、Th1和Th2细胞分化、破骨细胞分化、利什曼病、IL-17信号通路和可卡因成瘾。3.随着B细胞的分化,它们的功能变得更加精细和独特。我们的高分辨率数据揭示了B细胞亚群的功能异ABT-263抑制剂质性。4.整合的sc RNA-seq和sc ATAC-seq数据揭示了SLE和p SS中存在四种不同的B细胞亚群,分化轨迹依次为Naive B细胞(NB)、DN B细胞(DNB)、Activated memory B细胞(AB)和Classical memory B细胞(CMB),且Naive B细胞扩增的特性仍存在。5.通过对转录因子(TF)基序富集和B细胞分化轨迹的分析,我们确定了一组有助于B细胞命运决定的TF谱。这些TF的选择性获得和损失形成了一个复杂的、迭代的和相互作用的过程,可能影响B细胞亚群的分化和成熟。结论1.在本研究中,我们鉴定了p SS和SLE外周血中的B细胞亚群,描述了在p SS和SLE中扩增的Naive B细胞转录谱异同点以及SLE和p SS中不同B细胞亚群的功能异质性,为鉴别p SS和SLE提供了一定的参考。2.我们建立了p SS和SLE中B细胞分化的表观遗传图谱。在p SS和SLE中,NaiveB细胞在一组有助于B细胞命运决定的TFs的调控作用下逐渐向DNB细胞分化。提高了对SLE和p SS中B淋巴细胞分化过程的认识。