不知道大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，免疫的研究是單細(xì)胞空間的繞不開(kāi)的話題，其實(shí)從我們認(rèn)知的情況下，免疫細(xì)胞受到時(shí)空微環(huán)境的影響，單細(xì)胞識(shí)別的T細(xì)胞在不同的空間區(qū)域也是會(huì)有不同的轉(zhuǎn)錄圖譜，可見(jiàn)，很多的研究都需要結(jié)合單細(xì)胞空間聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行表征，這一次我們的參考文獻(xiàn)在Regional Cell Atlas of Human Intestine Shapes Distinct Immune Surveillance，每次讀一些東西，對(duì)其認(rèn)識(shí)都會(huì)深入一些。
其實(shí)關(guān)于組織細(xì)胞的微環(huán)境，單細(xì)胞分析得到了大量的表征，但這個(gè)分析是建立在損失了空間信息的基礎(chǔ)之上，所以對(duì)于細(xì)胞因位置導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄變化無(wú)法獲得，所以就需要空間轉(zhuǎn)錄組的信息所謂補(bǔ)充，但是如果單單從空間轉(zhuǎn)錄組出發(fā)，精度的問(wèn)題始終是無(wú)法真正克服，也無(wú)法得到很詳細(xì)的表征信息，所以這些研究，都需要結(jié)合單細(xì)胞空間兩種技術(shù)，才能真正解決生物學(xué)問(wèn)題。
Abstract
區(qū)域腸道免疫監(jiān)測(cè)仍然沒(méi)有明確的定論。在這項(xiàng)研究中，整合了單細(xì)胞 RNA 測(cè)序和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，創(chuàng)建了一個(gè)胎兒和成人腸道區(qū)域圖譜，由 59 個(gè)細(xì)胞亞群組成，其中確定了 8 個(gè)新亞群和 ILC 過(guò)渡態(tài)。結(jié)果表明，微環(huán)境決定了原位細(xì)胞分化并塑造了區(qū)域分子特征，使不同的腸段具有不同的功能。對(duì)mucins、免疫球蛋白和抗菌肽 (AMP) 的區(qū)域表達(dá)及其在發(fā)育和炎癥性腸病中的變化進(jìn)行了表征。值得注意的是， α-defensins在小腸 LGR5+ 干細(xì)胞中表達(dá)最多，而不是在 Paneth 細(xì)胞中表達(dá)，并隨著細(xì)胞成熟而下調(diào)。常見(jiàn)的上游轉(zhuǎn)錄因子控制著 AMPs 的表達(dá)，闡明了上皮分化過(guò)程中 AMPs 的并發(fā)變化和空間共表達(dá)模式。分析證明了risk genes的細(xì)胞焦點(diǎn)與疾病位置易感性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，identified distinct cell-cell crosstalk and spatial heterogeneity of immune cell homing in different gut segments?？傮w而言，單細(xì)胞分辨率轉(zhuǎn)錄組的跨時(shí)空方法表明，人類(lèi)腸道的區(qū)域環(huán)境決定了免疫監(jiān)視的細(xì)胞和分子線索，決定了腸道穩(wěn)態(tài)和疾病。
Introduction
腸道免疫監(jiān)測(cè)對(duì)于協(xié)調(diào)身體與環(huán)境之間的營(yíng)養(yǎng)和免疫至關(guān)重要，因?yàn)樗閷?dǎo)了微生物耐受性和病原體防御。 免疫監(jiān)視障礙與具有獨(dú)特區(qū)域易感性的疾病有關(guān)，例如炎癥性腸病 (IBD) 和胃腸道腫瘤。
最近的單細(xì)胞 RNA 測(cè)序 (scRNA-seq) 研究為具有區(qū)域易感性的疾病期間粘液屏障和免疫細(xì)胞的功能障礙提供了新的見(jiàn)解。 然而，腸道微生物免疫監(jiān)視的區(qū)域模式以及支持監(jiān)視的細(xì)胞、分子和細(xì)胞間機(jī)制仍不清楚。 此外，需要揭示胎兒發(fā)育和疾病期間免疫監(jiān)視的變化。
粘液層、上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞構(gòu)成了人體腸道的分級(jí)免疫監(jiān)視。 在本研究中，旨在整合 scRNA-seq 和空間轉(zhuǎn)錄組 (ST) 以創(chuàng)建胎兒、健康成人和 IBD 患者的綜合腸細(xì)胞圖譜，以確定上皮細(xì)胞分化和功能形成的分子機(jī)制。 我們的數(shù)據(jù)通過(guò)描繪免疫監(jiān)視的區(qū)域異質(zhì)性及其在胎兒發(fā)育和 IBD 中的變化，揭示了區(qū)域環(huán)境在腸道疾病過(guò)程中的貢獻(xiàn)。
Results
High-resolution cell atlas of the healthy human intestine
總共收集了代表十二指腸、空腸和回腸的 14 個(gè)活檢樣本，并將其分離到上皮或固有層中，并基于 10x Chromium 進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，從 53,749 個(gè)細(xì)胞中生成了高質(zhì)量的轉(zhuǎn)錄組。 新生成的profiles與來(lái)自健康回腸、結(jié)腸和直腸 10,19 的 54 個(gè)人類(lèi)樣本（37,821 個(gè)細(xì)胞）的已發(fā)布數(shù)據(jù)一致，形成了一個(gè)涵蓋上皮、免疫和 stromal compartments的綜合細(xì)胞圖譜 。
根據(jù)compartment-specific，無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)初步將細(xì)胞分為六個(gè)x compartments，即上皮細(xì)胞、T/先天淋巴細(xì)胞 (ILC)、B 細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、單核吞噬細(xì)胞 (MNP) 和肥大細(xì)胞區(qū)室。 基于迭代聚類(lèi)，確定了59個(gè)具有獨(dú)特基因表達(dá)和片段分布的子集，其中8個(gè)是新定義的。
New intestinal cell subsets and states
M02-LILRB5+ 巨噬細(xì)胞 (LILRB5+CCL3L3+MRC1+CD163+) 在小腸 (SI)，以特定的趨化因子和受體（CCL3L3、CCL4L2、CCR1、CX3CR1 和 C5AR1）為特征，并分散在固有層中，如空間轉(zhuǎn)錄組分析所示。 腸道 LILRB5+ 巨噬細(xì)胞能夠通過(guò) CX3CR1-CCL3L3/CCL4L2 軸進(jìn)行utative self-recruitment，可能分別通過(guò) CX3CR1 和 CD163 感知細(xì)菌代謝物并限制炎癥。 M03-CXCL9+ 巨噬細(xì)胞 (CXCL9+ CXCL10+) 位于回腸末端和結(jié)腸，可能通過(guò) CXCL9/CXCL10-CXCR3 與 cDC1、Th1 樣 Trm 和 DP + Th1 樣細(xì)胞相互作用而與腸道炎癥相關(guān)。 與 M02 和 M03 相比，M04-CCL18+ (CCL18+) 和 M05-MMP9+ (MMP9+MMP12+PLA2G7+) 巨噬細(xì)胞定位于腸道相關(guān)淋巴組織 (GALT) 。M05 的傳遞和分化可能受基質(zhì)金屬蛋白酶 9 和 12的控制。
B05-FCRL4+ 和 B06-CAMP+ 記憶 B 細(xì)胞主要位于回腸的 GALT。 B05 中高度表達(dá)的趨化因子受體（CCR1、CCR2、CCR6 和 FCGR2A）可能會(huì)在炎癥期間增強(qiáng)它們的 homing，而由 CAMP 編碼的 AMP LL-37 可能會(huì)導(dǎo)致 B06 表現(xiàn)出抗菌功能。
正如 RGS5、SOD3 和 GPX3 的上調(diào)所表明的那樣，一個(gè)罕見(jiàn)但獨(dú)特的亞群 S06-RGS5+ 內(nèi)皮細(xì)胞呈現(xiàn)出缺氧誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的功能狀態(tài)。 SI 填充的 S05-RSPO3+OGN+ 成纖維細(xì)胞表達(dá)與 S07-RSPO3+OGN- 成纖維細(xì)胞相似的腸道穩(wěn)態(tài)支持基因，其先前已在結(jié)腸中鑒定。 然而，S05-RSPO3+ 成纖維細(xì)胞上調(diào)中性粒細(xì)胞和 T 細(xì)胞homing趨化因子 CXCL2、3、6，同時(shí)下調(diào)漿細(xì)胞募集趨化因子 CCL7。 值得注意的是，S05 比結(jié)腸 S07 表達(dá)更高的 C3 和 C7。
NK、ILC1、ILC2 和 ILC3 的譜系特異性基因富集在兩個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞cluster中，即 NK-ILC1 和 ILC2-3。 ILC2-3 子集共表達(dá) ILC2 相關(guān)基因 AREG 和 GFI1，以及 ILC3 標(biāo)記物 RORC 和 IL22。 重新組合 NK-ILC 的嘗試失敗，以及偽時(shí)間分析反映的連續(xù)狀態(tài)，表明 NK-ILC 區(qū)室存在過(guò)渡狀態(tài)，并通過(guò)熒光激活細(xì)胞分選 (FACS) 進(jìn)一步證實(shí)。
Fate decision tree of intestinal cells
構(gòu)建了一個(gè)由 543 個(gè)激活的調(diào)節(jié)模塊組成的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò) (GRN)。 確定了已知細(xì)胞類(lèi)型的conical transcription factor(TF)，例如用于分泌性腸細(xì)胞的 ATOH1 和用于 CD4+ 和 DP 型 3 細(xì)胞因子 T 細(xì)胞的 RORC，以及新確定的細(xì)胞類(lèi)型的 TF，例如用于 FCRL4+ 記憶 B 細(xì)胞和 ZNF7 的 POU2F2 LILRB5+ 巨噬細(xì)胞。 層次聚類(lèi)和差異分析發(fā)現(xiàn)了決定細(xì)胞亞群分化的調(diào)節(jié)子開(kāi)關(guān)。 例如，SOX17 和 TAL1 分別控制淋巴管和血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化，隨后激活 MSC 以促進(jìn) RGS5+ 內(nèi)皮細(xì)胞的生成。 與整個(gè)轉(zhuǎn)錄組相反，regulon activity將腸細(xì)胞分為相同但連續(xù)的細(xì)胞譜系。
Shaping of regional epithelial cell differentiation and molecular characteristics by the microenvironment
基于41個(gè)獨(dú)特的GRN和命運(yùn)決策樹(shù)，腸的解剖位置深深影響了區(qū)域上皮亞群的分化，即SI的GATA4、GATA5和PDX1，以及結(jié)腸干細(xì)胞的TFCP21、HOXB9和HOXB13， transit-amplifying（ TA) 細(xì)胞和未成熟的腸細(xì)胞。 然而，不同上皮亞群 GRN 對(duì)微環(huán)境的敏感性是可變的。 吸收性腸細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和 Paneth/BEST4+ 腸細(xì)胞在整個(gè)腸道中顯示出顯著的 GRN 異質(zhì)性，盡管在簇狀細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞 (EEC) GRN 中并非如此。Bile acid receptors NR1H4 and NR1H3 were highly expressed in small intestinal stem cells, TA cells, and immature enterocytes, and less so in mature goblet cells, enterocytes, and Paneth cells, indicating the involvement of environmental signals in epithelial cell differentiation since bile acids differ regionally。
Consistently，偽時(shí)間分析顯示腸細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和 Paneth/BEST4+ 腸細(xì)胞的區(qū)域異質(zhì)性高于簇狀細(xì)胞和 EEC，在細(xì)胞分化過(guò)程中增加。根據(jù)近端 SI、回腸和結(jié)腸直腸的局部環(huán)境，腸細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和 Paneth/BEST4+ 腸細(xì)胞顯示出明顯的功能富集。富含脂肪的近端 SI 中的腸上皮細(xì)胞顯示與脂溶性維生素消化和吸收途徑相關(guān)的基因上調(diào)，例如維生素 A。與它們?cè)诮?SI 的消化、吸收和代謝途徑中的富集相反，回腸腸上皮細(xì)胞富含多種免疫相關(guān)過(guò)程，與回腸中過(guò)多的淋巴結(jié)構(gòu)相一致。值得注意的是，基于各種粘液相關(guān)基因（如 SPINK4、CLCA1 和 FCGBP 以及粘液相關(guān)基因）的上調(diào)，腸細(xì)胞在粘液生物合成和分泌中向消化道末端匯聚為杯狀細(xì)胞。代謝途徑。遠(yuǎn)端腸道中富集的杯狀細(xì)胞和杯狀腸細(xì)胞可能構(gòu)成增強(qiáng)的粘液屏障，適應(yīng)微生物群形狀的環(huán)境。
Functional epithelial subset differentiation
接下來(lái)，研究了受微環(huán)境影響的腸上皮功能亞群。成熟的腸細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和 Paneth/BEST4+ 腸細(xì)胞分別重組為 6、4 和 6 個(gè)功能亞群，具有泛腸分布但具有極端的區(qū)域異質(zhì)性。以杯狀細(xì)胞為例，富含直腸的SET+杯狀細(xì)胞亞群為早熟，其特點(diǎn)是RNA剪接活躍、mRNA代謝活躍、生長(zhǎng)因子反應(yīng)活躍。 SELENBP1+ 杯狀細(xì)胞主要分布在結(jié)腸中，代表更高的損傷或凋亡，這通過(guò)細(xì)胞對(duì)化學(xué)應(yīng)激的反應(yīng)和活性氧的解毒作用的增強(qiáng)來(lái)揭示。 TFF3+和 TFF1+ 杯狀細(xì)胞均在粘液形成和微生物防御中起作用。 TFF3+ 杯狀細(xì)胞在結(jié)腸隱窩底部富集，表達(dá)增加水平的粘液相關(guān)基因（RNASE1、AGR2、TFF3、CLCA1 和 SPINK1）和微生物防御相關(guān)基因（ITLN1 和 WFDC2）。然而，主要位于 SI 隱窩頂部的 TFF1+ 杯狀細(xì)胞上調(diào)了 TFF1、FCGBP、ZG16 和 LYPD8 的表達(dá)水平，這些表達(dá)水平與粘液層穩(wěn)定性和微生物防御有關(guān)。值得注意的是，偽時(shí)間分析表明 TFF1+ 子集源自 TFF3+ subsets。
Antimicrobial peptide-mediated regional immune surveillance
對(duì) 40 種腸道表達(dá) AMP 的分析表明，大多數(shù) AMP 在不同腸道區(qū)域的表達(dá)模式不同，例如 SI 和 WFDC2 中的 DEFA5/6、REG3A、REG3G、ITLN2、DMBT1、GBP1、LEAP2 和 H2BC6/7/8 、SLPI、LYPD8、CCL28、ADM、DEFB1、PI3、CCL20、CXCL1、CXCL2、H2BC12/21 和大腸 (LI) 中的 RNASE6。 除 H2BC12 外，SI 和 LI 在遠(yuǎn)端均顯示出較高的 AMP。 此外，AMPs 表達(dá)顯示細(xì)胞特異性，即近端 SI EEC 中的 HAMP、回腸 EEC 中的 TAC1 和近端 SI Paneth 細(xì)胞中的 NPY。 值得注意的是，區(qū)域特異性 AMP 在特定片段的所有上皮細(xì)胞中均有表達(dá)，但表達(dá)水平不同。 總之，區(qū)域和細(xì)胞類(lèi)型特異性 AMP 表達(dá)模式似乎塑造了微生物群落。
胎兒腸道的進(jìn)一步 scRNA-seq 譜表明，AMP 的區(qū)域異質(zhì)性出現(xiàn)在出生前的不同時(shí)間點(diǎn)，例如 DEFA5 為 12-13 PCW，LYPD8 為 15-16 PCW，WFDC2 為 12-13 PCW，盡管胎兒 AMP 水平低于成人。
The spatial distribution of AMPs along the crypt-villus axis suggested a unique niche of intestinal stem cells
出乎意料的是，DEFA5/6、REG3A/G、ITLN2 和 PRSS2 在小腸，尤其是近端腸中的表達(dá)與 LGR5 呈正相關(guān)，并在細(xì)胞成熟過(guò)程中下降，表明干細(xì)胞（而不是表達(dá)最高水平的 Paneth 細(xì)胞） 溶菌酶編碼基因 LYZ) 是某些 AMP 的主要來(lái)源，例如防御素。 免疫熒光證實(shí)了 DEFA5、PRSS2 和 LGR5 的共表達(dá)。 小鼠空腸絨毛的激光捕獲顯微切割和測(cè)序 (LCM-seq) 顯示 AMP 在絨毛底部附近富集，這與我們的數(shù)據(jù)一起表明 AMP 在小腸隱窩 - 絨毛軸的下部富集。 SI 中 AMP 的這種分布模式可能有助于維持腸道干細(xì)胞生態(tài)位。 相反，正如空間轉(zhuǎn)錄組學(xué) (ST) 所揭示的，除了 WFDC2 和 ITLN1，大多數(shù)結(jié)腸直腸 AMP 在隱窩軸的頂部較高。
此外，ST 分析顯示 GALT 中 AMP 的表達(dá)有限，其中 CAMP 主要由 CAMP+ 記憶 B 細(xì)胞表達(dá)，而巨噬細(xì)胞產(chǎn)生 HAMP、RNASE6 和 LYZ。 GALT 的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)可能解釋了獨(dú)特的 AMP 表達(dá)，并有助于殺死被微褶樣細(xì)胞捕獲的病原體。
Transcription factor regulatory network controls the regional expression of antimicrobial peptides
考慮到上皮分化過(guò)程中 AMP 的同時(shí)變化，以及空間共表達(dá)模式，我們假設(shè)存在標(biāo)準(zhǔn)的 AMP 上游調(diào)節(jié)劑。 為了獲得機(jī)制上的見(jiàn)解，我們生成了 SI 和 LI 特異性 AMP 的轉(zhuǎn)錄因子-靶基因網(wǎng)絡(luò)，證實(shí)了 AMP 的常見(jiàn)上游 TF 的存在。 有趣的是，SI AMP，即 DEFA5、DEFA6、PRSS2、REG3G、LEAP2 和 REG3A，受膽汁酸受體 NR1H4 和 NR1H3 的調(diào)節(jié)，這與 AMP 在 NR1H4 和 NR1H3 依賴性腸干細(xì)胞中的大量表達(dá)一致， TA 細(xì)胞和未成熟的腸細(xì)胞。 一致地，回腸中最高的膽汁酸濃度可能導(dǎo)致遠(yuǎn)端 SI 中 AMP 的表達(dá)升高，突出了微環(huán)境在先天免疫中的作用。
A shift of AMPs in UC and Crohn’s disease (CD)
在 IBD 患者中已經(jīng)注意到幾種 AMP 的異常表達(dá)。 為了描述 IBD 期間的綜合 AMP 反應(yīng)，我們分析了來(lái)自 UC 患者的結(jié)腸、CD 患者的回腸以及健康對(duì)照組的非炎癥和炎癥活檢的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)。 UC患者結(jié)腸上皮顯示幾乎所有AMPs顯著上調(diào)，包括富含SI的AMPs，如DEFA5/6、REG3A和ITLN2，并且水平隨著疾病的進(jìn)展而升高（健康<非炎癥< 炎癥）。 相比之下，CD 患者回腸上皮的 AMP 改變顯示出不一致的趨勢(shì)，表明 AMP 在 UC 和 CD 的發(fā)病機(jī)制中具有不同的作用。 UC 期間增加的 AMPs 可能是對(duì)致病微環(huán)境的補(bǔ)償性反應(yīng)，而即使在 CD 期間內(nèi)鏡炎癥出現(xiàn)之前抑制 AMPs 可能會(huì)加劇病情。
值得注意的是，UC 患者結(jié)腸上皮中表達(dá)杯狀細(xì)胞標(biāo)志物（MUC2 和 ITLN1）的一組上皮細(xì)胞顯示出上調(diào)的 SI 特異性 AMP（DEFA5、DEFA6、REG3A 和 ITLN2）。 根據(jù)杯狀細(xì)胞亞群的功能分析，產(chǎn)生AMP的細(xì)胞是位于隱窩底部的TFF3+杯狀細(xì)胞（TFF1─LYPD8─）。
Regional heterogeneity of adaptive immune surveillance
ScRNA-seq 數(shù)據(jù)顯示漿細(xì)胞主要分布在近端 SI 和結(jié)腸，而濾泡 B 細(xì)胞分布在回腸，與 Peyer 斑塊的富集一致。 IGHA1 和 IGHA2 等 IgA 相關(guān)基因在結(jié)腸漿細(xì)胞中的表達(dá)明顯高于小腸。 相比之下，IgM 相關(guān)基因 IGHM 顯示出相反的模式，表明由 IgM/IgA 類(lèi)別轉(zhuǎn)換介導(dǎo)的區(qū)域免疫監(jiān)視。 與免疫球蛋白合成、加工和分泌相關(guān)的基因在 SI 和 LI 之間也存在差異
Regional cores and heterogeneity of intestinal compartment/cell crosstalk
基于受體-配體對(duì)的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用和網(wǎng)絡(luò)表示分析表明，不同compartments中的細(xì)胞 - 細(xì)胞串?dāng)_代表了compartmentalization and de-compartmentalization的共存。 上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和髓細(xì)胞compartments（即compartmentalization）內(nèi)顯示更強(qiáng)烈的交流強(qiáng)度，而 T/ILC、B、神經(jīng)膠質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞被de-compartmentalization。 在compartment/細(xì)胞串?dāng)_的強(qiáng)度中觀察到顯著的區(qū)域異質(zhì)性（回腸 > 近端 SI > 結(jié)腸），表明 CD 以回腸為主，其特征是透壁炎癥、穿透性和纖維化狹窄，與 UC 的黏膜局限性。 SI 中室間串?dāng)_的核心由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞組成，而 LI 由 MNP 和上皮細(xì)胞組成。
Molecular basis of intestinal immune cell homing
趨化因子-受體對(duì)構(gòu)成了免疫細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)homing的分子基礎(chǔ)。 結(jié)果證明，同一譜系表現(xiàn)出免疫細(xì)胞募集的區(qū)域特異性能力，從而導(dǎo)致免疫細(xì)胞的空間分布。 例如，上皮中 CXCL1、2 和 3 的增加，以及它們向遠(yuǎn)端消化道的成纖維細(xì)胞減少，表明中性粒細(xì)胞可能在 SI 中固有層成纖維細(xì)胞附近富集，但被募集到結(jié)腸上皮。
確定了區(qū)域特異性趨化因子，例如 SI 上皮中已知的 CCL25 和新發(fā)現(xiàn)的 SI T 細(xì)胞、NK-ILC1 和 MNP 中的 CCL3L3 和 CCL4L2。 預(yù)測(cè)了新的相互作用，即 GPR42-CCL4L2 介導(dǎo)的肥大細(xì)胞-T 細(xì)胞/NK-ILC1 相互作用，CX3CR1 介導(dǎo)的 LILRB5+ 巨噬細(xì)胞和 CXCL9+ 巨噬細(xì)胞歸巢至表達(dá) CX3CL1 的成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，以及 CCR4 介導(dǎo)的 Treg homing至 CCL22 表達(dá) LAMP3+ DC。 此外，除了幼稚T細(xì)胞、濾泡B細(xì)胞和肥大細(xì)胞外，所有免疫細(xì)胞譜系都存在自我招募的正反饋。
Mapping cellular and regional foci of intestinal diseases
全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS) 確定了腸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)等位基因。我們確定了所有 59 個(gè)細(xì)胞亞群中 9 種疾病的 85 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)基因的表達(dá)，以確定疾病的細(xì)胞起源，例如 ILC2-ILC3 中的 CD 風(fēng)險(xiǎn)基因 IL23R 和 MMP9+ 中的食物過(guò)敏 (FA) 風(fēng)險(xiǎn)基因 MMP12 和 STXBP6分別是巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞?；蚣患治霰砻髟谔囟ㄗV系中富集了疾病風(fēng)險(xiǎn)基因。例如，CD、UC、內(nèi)部結(jié)核病和乳糜瀉風(fēng)險(xiǎn)基因在MNPs中富集，F(xiàn)A基因在肥大細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和濾泡B細(xì)胞中富集。與免疫細(xì)胞紊亂相關(guān)的多種疾病表明異常免疫監(jiān)視在腸道疾病的發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用。我們進(jìn)一步研究了五種疾病的細(xì)胞和區(qū)域易感性，其風(fēng)險(xiǎn)基因在免疫區(qū)室中富集，與流行病學(xué)特征一致。根據(jù)區(qū)域趨勢(shì)，CD風(fēng)險(xiǎn)基因SNX20、CARD9、IL27和PRDM1在回腸CXCL9+巨噬細(xì)胞中富集，IL10在回腸FCN1+單核細(xì)胞中富集。 TB 風(fēng)險(xiǎn)基因、TAB3、MICB、TAP2 和 C6orf47 富含回腸 S100A8+ 單核細(xì)胞。
Discussion
提出了一個(gè)跨腸道空間的綜合細(xì)胞和空間圖譜，由 59 個(gè)細(xì)胞亞群組成，其中 8 個(gè)是新發(fā)現(xiàn)的。 具有獨(dú)特基因表達(dá)、片段分布和空間定位特征的新亞群與炎癥進(jìn)展和微生物防御有關(guān)。 確定了 ILC 的過(guò)渡狀態(tài)，這意味著潛在的極化及其對(duì)腸道疾病的影響。
該圖譜提供了對(duì)環(huán)境調(diào)節(jié)的上皮分化和區(qū)域分子和功能特征的新見(jiàn)解。 通過(guò)GRN分析表明解剖位置對(duì)于區(qū)域上皮亞群的分化至關(guān)重要。 不同上皮細(xì)胞 GRN 對(duì)微環(huán)境的敏感性似乎是可變的
確定了整個(gè)發(fā)育和成年期間 AMP 介導(dǎo)的免疫監(jiān)視的區(qū)域和空間異質(zhì)性，表明 SI 和 LI 之間存在高度可變的 AMP 模式，這可能與塑造 SI 和 LI 的不同微生物群落有關(guān)。 確定了 AMP 在不同區(qū)域的干細(xì)胞生態(tài)位維持中的獨(dú)特作用。 AMPs 集中在 SI 的隱窩底部，但主要位于結(jié)腸隱窩的頂部。 SI和LI AMPs空間分布的這種差異可能符合粘液層的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)一步研究 。
分析的數(shù)據(jù)顯示，SI 中的 LGR5+ 干細(xì)胞，尤其是近端，表達(dá)最高水平的 SI 特異性 AMP，以 DEFA5/6 為代表。這一結(jié)果令人驚訝，因?yàn)槟c上皮衍生的微生物防御機(jī)制過(guò)去主要?dú)w因于Paneth cells。一項(xiàng)小鼠研究可能將我們數(shù)據(jù)中的這些 LGR5+ 細(xì)胞反映為致力于成熟為分化的分泌細(xì)胞的前體。常見(jiàn)的上游 TF 控制 SI 和 LI 中的 AMP，闡明了上皮分化過(guò)程中 AMP 的同時(shí)變化，以及空間共表達(dá)模式。值得注意的是，膽汁酸受體 NR1H3/4 參與調(diào)節(jié) SI 特異性 AMP 的表達(dá)，強(qiáng)調(diào)環(huán)境信號(hào)參與 AMP 介導(dǎo)的腸道免疫監(jiān)視，并與胎兒發(fā)育過(guò)程中逐漸建立的區(qū)域 AMP 模式一致，因?yàn)榇蠹s 17 PCW 是胎兒膽汁分泌開(kāi)始的關(guān)鍵窗口。有趣的是，隱窩底部的杯狀亞群導(dǎo)致了 UC 期間防御素的上調(diào)，而不是之前認(rèn)為的Paneth cells metaplasia。
此外，風(fēng)險(xiǎn)基因的細(xì)胞焦點(diǎn)與疾病位置易感性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及不同腸道段中不同的細(xì)胞間串?dāng)_和免疫細(xì)胞的空間異質(zhì)性，為腸道疾病中區(qū)域環(huán)境決定的免疫監(jiān)視提供了新的見(jiàn)解。 總的來(lái)說(shuō)，我們的數(shù)據(jù)揭示了人類(lèi)腸道的區(qū)域環(huán)境決定了免疫監(jiān)視的分子線索，決定了腸道穩(wěn)態(tài)和疾病，這可能會(huì)為人類(lèi)醫(yī)學(xué)帶來(lái)借鑒。
Methods（關(guān)注一些重點(diǎn)方法）
Graph clustering and partitioning cells into distinct compartments（scanpy的分析）
Estimation of cell proportions
Transcription factor module analysis（pySCENIC）
Fate decision tree construction (regulon-based)(scanpy)
Trajectory analysis(PAGA)
Cell-cell interaction and network representation analysis
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