為了配合狼瘡宣傳，我們在此分享兩項創新研究，這兩項研究帶來了有關系統性紅斑狼瘡（SLE）的新見解，有助于了解循環免疫細胞的基因組差異與細胞類型特異性的基因表達特征之間的關系。這些結果有助于確定狼瘡的遺傳基礎，并表征下游驅動自身免疫性疾病的細胞和分子機制。

對于一種每位患者的表現都不同的疾病，該如何診斷和治療？系統性紅斑狼瘡（SLE）就是這樣一種高度異質性的自身免疫性疾病，導致受影響的器官（包括關節、皮膚、腦、肺、腎和血管）出現廣泛的炎癥和組織損傷(1)。出于這個原因，醫生和科學家仍然很難確定病因，需要以更大規模對狼瘡的免疫圖譜進行更深入的分子表征。

盡管狼瘡的臨床表現多種多樣，但Perez等人和Yazar等人近期發表在《Science》雜志上的兩篇論文各自描述了一種研究狼瘡免疫調節的實驗方法，有望大大推動我們對驅動免疫功能障礙的潛在機制的認識。這兩種方法都使用了大型患者隊列和單細胞RNA測序技術，構建了供體外周血單核細胞（PBMC）中超過120萬個循環免疫細胞的分子圖譜。具體來說，Perez等人分析了162名狼瘡患者和99名健康對照的樣本，而Yazar等人分析了一個由982名健康受試者組成的隊列。他們對樣本進行基因分型，鑒定出單核苷酸多態性（SNP），然后將其與群體遺傳學數據相整合，以評估與自身免疫性疾病風險基因座的關聯。

對狼瘡免疫細胞的全面普查

以往的研究已經確定狼瘡發病的關鍵罪魁禍首是異常的T細胞生物學，“它通過分泌促炎細胞因子加重炎癥，幫助B細胞產生自身抗體，并通過自身反應性記憶T細胞的積累來維持疾病”(2)。然而，到目前為止仍缺乏一張狼瘡免疫景觀的全面圖譜(3)。于是，Perez等人集中精力來表征SLE和健康樣本的細胞組成以及細胞類型特異性的轉錄組特征，包括SLE病例的疾病相關特征，它們可能代表了所有患者的共同表型線索。

Perez等人發現，SLE PBMC的標志是CD4+ T細胞的比例總體下降，特別是CD4Naïve細胞亞群，以及經典單核細胞的增加。這也許能解釋一種在SLE患者身上經常觀察到的現象——淋巴細胞減少癥（也就是白細胞數量減少），重要的是，這并不是免疫抑制劑治療的結果(3)。

通過分析SLE病例的CD8+ T細胞區室，他們觀察到，表達顆粒酶的CD8GZMH細胞比例與對照相比顯著增加。這些細胞在轉錄上是異質性的，其混合群體的細胞毒性、耗竭和干擾素刺激基因（ISG）特征表達升高。單細胞免疫組庫測序進一步細化了CD8+ T細胞的克隆性；在擴增的克隆中，59%來自CD8GZMH細胞，21%來自CD8GZMK細胞。在CD8GZMH亞群中，表達細胞毒性基因表達特征的細胞的擴增比例大約是表達ISG特征的細胞的四倍(3)。在評論這些T細胞特征時，作者指出，“顆粒酶H的功能尚未充分鑒定，但之前的研究表明它在啟動T細胞的caspase依賴性凋亡和啟動NK細胞的caspase依賴性凋亡中發揮不同作用……GZMH+ CD8+ T細胞的顯著克隆擴增，特別是在細胞毒性亞群中，表明這些細胞在SLE中發揮致病作用。”

Perez等人主要關注狼瘡患者和健康對照在免疫圖譜上的整體差異。他們對11種已鑒定的循環免疫細胞類型進行了差異基因表達分析。結果顯示，302個基因在SLE病例和對照之間的至少一種細胞類型中存在差異表達。其中，238個是之前未描述過的成人SLE的差異表達基因，而56個是骨髓特異性的(3)。

圖中顯示了血液中的免疫細胞和非免疫細胞類型。圖片來源：Rühle等人。https://www.researchgate.net/figure/Schematic-overview-of-the-34-immune-cell-and-3-non-immune-cell-subsets-that-can-be_fig12_306074018

這項分析還突出了六個獨特的基因表達模塊——例如Panup模塊，一組ISG在所有細胞類型中都上調；Myeup模塊，這個骨髓特異性的模塊表達IFITM3，它之前被歸類到兒科SLE。重要的是，利用這些模塊可對SLE病例和對照進行分層以及對疾病發作的患者進行分層。總之，這些發現標志著我們對定義狼瘡免疫圖譜和不同臨床表現的分子特征的基本認識有了巨大飛躍。

當群體遺傳學遇到單細胞RNA-seq

在定義了狼瘡患者和健康受試者外周免疫圖譜中的細胞類型特異性表達特征后，研究小組希望將他們的結果與更深層次的生物學相整合：基因組。他們是否能找到一些潛在的疾病相關遺傳變異，這些變異引起了他們觀察到的自身免疫性疾病的細胞和轉錄組特征？

他們的方法使用了基因分型數據，這些數據生成了表達數量性狀基因座（eQTL）的讀數，也就是解釋mRNA表達水平差異的基因座。局部或cis-eQTL位于產生轉錄物的基因附近的非編碼區。根據Sumida和Hafler的說法，“非編碼區內有許多常見的等位基因變異，它們的影響很小，并具有復雜的相互作用，高度依賴于細胞類型和細胞狀態”(4)，因此擁有細胞類型特異性的基因表達讀數就變得更加重要，可用于變異的映射。

在SLE樣本最主要的八種細胞類型中，Perez等人鑒定出535個至少有一種細胞類型特異性cis-eQTL的基因以及1,207個存在共享cis-eQTL的基因(2)。接著，他們將SLE的GWAS數據與這些基因座相整合，以確定哪些細胞類型中的cis-eQTL可能含有疾病相關GWAS關聯。結果顯示經典單核細胞和B細胞含有的GWAS鑒定出的SLE變異最多，進一步強調了這些細胞可能在疾病發生中發揮作用。更廣泛地說，總共有七個與SLE疾病相關的基因座與細胞類型特異性的cis-eQTL定位相同，包括17q21，這個基因座之前與哮喘、克羅恩病和1型糖尿病相關聯(3)。

Yazar等人采用了群體規模的方法，將大樣本隊列的單細胞eQTL數據與七種常見的自身免疫性疾病（包括狼瘡）的GWAS數據相整合。他們發現19%的cis-eQTL與GWAS風險關聯有著相同的因果基因座，并發現了305個特定基因座，它們通過特定細胞類型和亞群的基因表達變化引起自身免疫性疾病。這包括一些共享的因果基因座，其中38.4%位于主要組織相容性復合物區域以外(5)。

這兩項分析強調了將基因組和轉錄組技術相結合的潛力，這不僅能互相提供信息，還能更深入地注釋與疾病相關的風險基因座，不僅將遺傳變異映射到致病基因，還映射到驅動疾病發生的特定細胞類型和通路。有了這份疾病潛在機制的高分辨率視圖，未來有望改善狼瘡等自身免疫性疾病的診斷和治療。

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參考文獻：

1. https://www.cdc.gov/lupus/facts/detailed.html#sle

2. Suárez-Fueyo A, et al. T cells in systemic lupus erythematosus. Curr Opin Immunol 43: 32–38 (2016). doi: 10.1016/j.coi.2016.09.001

3. Perez R, et al. Single-cell RNA-seq reveals cell type-specific molecular and genetic associations to lupus. Science 376: eabf1970 (2022). doi: 10.1126/science.abf1970

4. Sumida T and Hafler D. Population genetics meets single-cell sequencing. Science 376: 134–135 (2022). doi: 10.1126/science.abq0426

5. Yazar S, et al. Single-cell eQTL mapping identifies cell type-specific genetic control of autoimmune disease. Science 376: eabf3041 (2022). doi: 10.1126/science.abf3041