文獻(xiàn)學(xué)習(xí)019--[sc]人類胎兒心臟細(xì)胞圖譜及其在自身免疫性心臟傳導(dǎo)阻滯中的意義

作者對(duì)三個(gè)孕19-22周健康胎兒心臟和一個(gè)孕21周CHB(congenital heart block)心臟進(jìn)行了灌流和10x單細(xì)胞測(cè)序。除了單核,成纖維,免疫細(xì)胞和其他少數(shù)的細(xì)胞群以外,一些曾經(jīng)沒有被定義過的內(nèi)皮細(xì)胞亞群也被鑒定出來。差異基因表達(dá)分析提示CHB的各類細(xì)胞存在上調(diào)的異質(zhì)性的干擾素反應(yīng)。此外還鑒別出CHB心臟基質(zhì)細(xì)胞存在matrisome轉(zhuǎn)錄本的富集,這種現(xiàn)象可能參與了細(xì)胞外基質(zhì)沉積和心臟組織的纖維化。

1. Strategy for scRNA-seq, clustering analysis, and cell-type identification

Fig 1A:對(duì)3個(gè)正常心臟和1個(gè)CHB的心臟進(jìn)行了單細(xì)胞測(cè)序
Fig 1B:注釋得到了18個(gè)群
Fig 1C:正常胎兒心臟細(xì)胞平均表達(dá)譜的Pearson 相關(guān)圖,可以看到FB1, FB2, SMC, EC.A, EC.B和MESO (mesothelial cells間皮細(xì)胞) 聚在一起,提示它們可能有相同的起源。此前認(rèn)為CM是起源于MESO1,但是CM1-3群自己聚在了一起,沒有跟MESO聚在一起。EB (erythroblasts有核紅細(xì)胞) 1-3群也自己聚在一起。這個(gè)圖的做法見:不同單細(xì)胞群之間的相關(guān)性分析
Fig 1D:細(xì)胞比例餅圖,心肌細(xì)胞占比最多。(免疫細(xì)胞里面MAST, NKT和DC竟然有這么多哦)
Fig 1E:各個(gè)細(xì)胞群marker gene的氣泡圖(??這個(gè)圖里用到的基因可以直接拿來用)

各細(xì)胞群的marker基因:

  • 心肌細(xì)胞:CMs were characterized by parallel expression of myosin light (MYL2, MYL3, MYL4, MYL7, and MYL9) and heavy chains (MYH7, MYH7B, and MYH6) as well as troponins (TNNT2, TNNI1, TNNI3, and TNNC1)
  • 成纖維細(xì)胞:COL1A1, COL1A2
    FBs and SMCs were discriminated by expression of DCN, DLK1, LUM, and TAGLN, RGS5, ACTA2, respectively.
  • MESO(Mesothelial cells 間皮細(xì)胞):UPK3B, MSLN, WT1 as well as NPY(The epicardium is composed by a layer of MESO)
  • 內(nèi)皮細(xì)胞:canonical marker: PECAM1 and CDH5, several ECs
    expressed genes such as COL3A1, COL1A2, FN1
  • EBs:identified by haemoglobin expression
  • MONO:LYZ, S100A8, and S100A6
  • MAC:CD68, MS4A4A and SEPP1
  • DC:CD1C
  • NKT:NKG7, GNLY, GZMA, GZMB, and PRF1(這難道不是NK細(xì)胞?)
  • B細(xì)胞:MS4A1 and IGLL5
  • MASTs:TPSB2 and GATA2

文中提到的一些比較重要的基因:
增殖marker:TOP2AMKI67
SLC8A1:文中所有心肌細(xì)胞都表達(dá)的Na+/Ca2+exchanger-1,對(duì)于心臟Ca2+穩(wěn)態(tài)以及收縮和舒張功能比較重要2。
SLC25A4:adenine nucleotide translocator-1,表達(dá)缺陷可以引起心肌病3。
CD36, FABP4FABP5:一些脂肪酸結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)基因。(正常情況下,心肌所需能量的60%-90%來自游離脂肪酸的β氧化)
NKX2-5:心肌細(xì)胞經(jīng)典的TF

2. Cell types of healthy foetal hearts

這一部分寫的時(shí)候又按細(xì)胞類型分了五個(gè)小部分,還是第一次見CVR有這種格式...感覺沒必要,后面小標(biāo)題分的也很混亂,還是直接看圖吧
Fig 2A B:MAC, MONO, DC的降維圖和marker基因圖
Fig 2C D E:6個(gè)EC群的降維,熱圖和marker基因小提琴圖
Fig 2F:EC6表達(dá)心肌細(xì)胞marker TNNT3,免疫組化驗(yàn)證
Fig 2G:各個(gè)細(xì)胞群的轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測(cè),正文也是純描述性

3. 一些marker基因的表達(dá)和細(xì)胞互作

Fig 3A:心肌細(xì)胞的marker在各個(gè)細(xì)胞群表達(dá)的氣泡圖
Fig 3B:一些基因的氣泡圖(都是挑的,只要能解釋出意義,言之有理即可)
Fig 3C:為了探究正常胎兒心臟的細(xì)胞間交流,作者可視化了各個(gè)細(xì)胞群的the most abundant ligands (>5 TPM)和他們的cognate receptors (>1.8 TPM)。在心肌細(xì)胞高表達(dá)的NPPA(通過尿鈉排泄,利尿和血管收縮調(diào)節(jié)心血管穩(wěn)態(tài))通過NPR3受體與EC1和EC2互作。在缺乏時(shí)會(huì)引起心衰的MDK基因,在FBs高表達(dá)并通過PTPRB和EC4-6細(xì)胞群互作來調(diào)節(jié)心臟發(fā)育中的血管生成。。。這個(gè)圖的解讀也是言之有理即可。

Fig 3
4. 健康和CHB心臟各細(xì)胞類型的基因表達(dá)差異

Fig 4A:一些差異基因的氣泡圖,干擾素基因在CHB患者心臟的各個(gè)細(xì)胞類型中都出現(xiàn)上調(diào)。但是不同細(xì)胞的上調(diào)程度不一樣
Fig 4B:CHB和正常心臟的巨噬細(xì)胞差異基因的通路富集也富集到了IFN相關(guān)通路
Fig 4C:系統(tǒng)性IFN反應(yīng)也見于其他的自身免疫性疾病比如SLE4。SLE的單細(xì)胞測(cè)序已經(jīng)有報(bào)道,所以作者直接把那個(gè)數(shù)據(jù)拿來做了分析和CHB做了比較。
Fig 4D:CHB的組織學(xué)特征是房室結(jié)的纖維化。所以作者做了基質(zhì)細(xì)胞 (FB和SMC) 的matrisome gene的表達(dá)分析。大多數(shù)的matrisome基因包括COL21A1, COL4A1和COL8A1在CHB樣本中高表達(dá)。

Fig 4

Fig 5:CHB和正常心臟相比,不同細(xì)胞群的差異基因熱圖。

Fig 5

參考文獻(xiàn):

  1. The epicardium as a hub for heart regeneration. Nat Rev Cardiol 2018;15:631–647.
  2. Sodium-calcium exchange: a molecular perspective. Annu Rev Physiol 2000;62:111–133.
  3. Severity of cardiomyopathy associated with adenine nucleotide translocator-1 deficiency correlates with mtDNA haplogroup. Proc Natl Acad Sci USA 2013;110:3453–3458.
  4. Type I interferons in autoimmune disease. Annu Rev Pathol 2019;14:369–393.
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