iScience DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103030 一句话概括 数据分析文章:scRNA分析重症COVID-19患者多个样本,得到一种单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞 使用的数据 对照1:10例健康气管样本( Deprez et al., 2020) 对照2:4例健康肺样本(Madissoon et al., 2019) BALF单细胞数据(支气管肺泡灌洗液, broncho-alveolar 然后又找了一些marker自行细胞注释:https://www.cell.com/cms/10.1016/j.isci.2021.103030/attachment/24e25182-6d40-41fa-a4f5 /mmc4 发现重症的17个cluster中,cluster11表现非常突出,9个基因列表中表达了8个,并且表达量还主要是上调 因此,这个cluster11就被标记为monocyte-derived alveolar rss=yes&utm_source=dlvr.it&utm_medium=twitter#bib29 [4] Ben Mkaddem et al., 2019: https://www.cell.com
iScience DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103030 一句话概括 数据分析文章:scRNA分析重症COVID-19患者多个样本,得到一种单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞 使用的数据 对照1:10例健康气管样本( Deprez et al., 2020) 对照2:4例健康肺样本(Madissoon et al., 2019) BALF单细胞数据(支气管肺泡灌洗液, broncho-alveolar 然后又找了一些marker自行细胞注释:https://www.cell.com/cms/10.1016/j.isci.2021.103030/attachment/24e25182-6d40-41fa-a4f5 /mmc4 发现重症的17个cluster中,cluster11表现非常突出,9个基因列表中表达了8个,并且表达量还主要是上调 因此,这个cluster11就被标记为monocyte-derived alveolar rss=yes&utm_source=dlvr.it&utm_medium=twitter#bib29 [4] Ben Mkaddem et al., 2019: https://www.cell.com
巨噬细胞、NK细胞等6类细胞显著相关(r=0.50-0.85);2)中性粒细胞/NK细胞的相关性仅见于中期;3)CD206high巨噬细胞是唯一在各期均与ABI_b-DC毗邻簇数量同步增加的细胞;4)仅 结果3、IPF肺脏再生肺泡生态位的空间互作特征特异性空间共定位:CD206high/mid巨噬细胞和CD103+ CD4 T细胞是仅有的与ABIs(ABI_a和ABI_b-DC毗邻cluster)显著共定位的免疫细胞 (验证了邻域分析结果)CD103+ CD4 T细胞虽与ABIs共定位但无直接接触,提示其通过体液因子调控疾病阶段特异性网络演化:早期:肺泡上皮细胞(ABIs/基底细胞/ATII)形成独立接触网络,仅CD206mid FN表达异质性CD206highFNhigh肺泡巨噬细胞构成独立亚群,与既往报道的定居型/促纤维化亚群均不同潜在功能意义FN信号:可能通过整合素受体维持ABI存活或促进基底样分化MIF信号:或调控巨噬细胞向病变肺泡区域的迁移与滞留时空特异性 肺泡巨噬细胞、B细胞和CD4+/CD8+ T细胞为主虽细胞比例在各期保持稳定,但空间组织模式呈现动态演变:早期:CD103+ CD4 T细胞与ABI_b-DC毗邻簇形成三元互作(含CD206high巨噬细胞
结果4、肺泡祖细胞与肺前驱细胞定位于促炎微环境为探究KRT8高表达肺泡中间细胞的致癌机制,进行了上皮细胞通路分析。发现促炎症相关基因集在KRT8高表达肺泡中间细胞中相较于其他上皮亚群呈现最显著富集。 meta-program间关联分析发现:淋巴系MP4与浆细胞MP11呈显著正相关(ρ = 0.606,校正p值 <0.0001),前驱程序MP3与正常肺泡程序MP10正相关(ρ = 0.374,校正p值 KRT8高表达肺泡中间细胞cluster定位于反应性肺细胞区域,这些区域高表达IL1R1且与高表达IL1B的巨噬细胞紧密相邻。 巨噬细胞亚群分析再次识别出高表达IL1B的C4亚群,该亚群在非典型腺瘤性增生、原位腺癌乃至微浸润腺癌邻域中的富集程度显著高于肺腺癌。 与前期发现一致,高表达IL1B的C4巨噬细胞亚群存在于早期肺病变的局部微环境中,而这些病变细胞同时高表达IL-1β受体IL1R1。与前文类似,前驱病变邻域相较于肺腺癌含有更多其他促炎细胞亚群。
发现重度患者的支气管肺泡灌洗液中富含巨噬细胞,普通型患者的特点是存在高度克隆扩增的CD8+ T细胞。 Fig. 1 图A:对支气管肺泡灌洗液免疫细胞进行分群后进行细胞·类型鉴定,UMAP展示出13种细胞类型 图B:主要的支气管肺泡灌洗液免疫细胞在健康、中度、重度患者中的分布 图C:UMAP展示了4组巨噬细胞在健康 、中度、重度患者中的分布 图D:支气管肺泡灌洗液巨噬细胞的三个基因表达(FCN1, SPP1 and FABP4) 根据marker基因鉴定了31个亚群: ? M1型巨噬细胞 第三组表达免疫调节基因A2M, GPR183 and CCL13 以及纤维化基因TREM2, TGFB1 and SPP1,说明可能是M2型巨噬细胞 第四组表达肺泡巨噬细胞基因FABP4 and CREB1上调;第四组中,肺泡巨噬细胞特异基因PPARG和CEBPB上调 ?
在人原代细胞方面,Epithelix可提供多种低代次冷冻保存细胞,包括原代肺泡上皮细胞、肺泡巨噬细胞等。这类细胞来自人肺组织分离,并经过标准化冻存和运输处理,以尽可能保证细胞活性与实验一致性。 图3:Epithelix原代肺泡上皮细胞。另一类重要细胞是原代肺泡巨噬细胞(AlveolarMacrophages)。 在部分实验体系中,肺泡巨噬细胞还可以与肺泡上皮细胞共同构建2D或3D共培养体系,从而模拟上皮细胞与免疫细胞之间的相互作用,为肺泡微环境研究提供更完整的实验条件。 图4:用白桦花粉处理的Epithelix肺泡巨噬细胞。三、MucilAir、SmallAir与AlveolAir分别适用于哪些研究方向? 本文基于Epithelix、肺泡细胞、肺泡巨噬细胞、MucilAir、3D肺模型、人源肺细胞等相关应用的公开资料、参考文献曼博生物整理发布,用于科研技术交流与学习参考。
环境依赖 jdk、neo4j图数据库 neo4j具体的安装过程可以参考这里:https://cloud.tencent.com/developer/article/1387732 json数据 { ,例如巨细胞病毒,卡氏肺孢子虫,组织胞浆菌感染等均发现有肺泡内高蛋白沉着。 \n虽然启动因素尚不明确,但基本上同意发病过程为脂质代谢障碍所致,即由于机体内,外因素作用引起肺泡表面活性物质的代谢异常,到目前为止,研究较多的有肺泡巨噬细胞活力,动物实验证明巨噬细胞吞噬粉尘后其活力明显下降 ,而病员灌洗液中的巨噬细胞内颗粒可使正常细胞活力下降,经支气管肺泡灌洗治疗后,其肺泡巨噬细胞活力可上升,而研究未发现Ⅱ型细胞生成蛋白增加,全身脂代谢也无异常,因此目前一般认为本病与清除能力下降有关。" os.path.join(cur_dir, 'data\\medical2.json') self.g = Graph("http://localhost:7474", username="neo4j
有趣的是,与肺泡空间积累相关的巨噬细胞似乎包括两个主要不同的群体,一个主要由 FABP4 标记,另一个由 SPP1 标记(图 5c-e)。 除了肺泡空间积累的巨噬细胞,在肺纤维化 (PF) 样本中,当肺泡重塑不那么显著时,我们观察到肺泡内的较小群组 FABP4+(肺泡)巨噬细胞和间质中的 SPP1+ 巨噬细胞(图 5c)。 尽管在肺泡空间内积累,但作为总巨噬细胞群的一部分,FABP4+ 巨噬细胞仅在受累较轻的样本中略有增加,并且随着病理百分比的增加而变得不那么频繁(图 5f、扩展数据图 7 和补充图 7)。 ◉ FABP4+ 和 SPP1+ 巨噬细胞存在于轻微重塑的肺泡中,其中包括聚集在肺泡内的 FABP4+ 巨噬细胞(用方括号表示)。 ◉ 标记了迁移到肺泡腔内的单个 FABP4+ 巨噬细胞和小范围的 FABP4+ 聚集(黑箭头),以及间质中的 SPP1+ 巨噬细胞(白箭头),这些标记并不全面。
通路分析在发现来源于肿瘤的巨噬细胞簇中炎症反应减弱、TNF-a诱导的细胞增殖能力不足,活性氧产生的通路下调,呈现出M2-like的巨噬细胞特征。 利用SCENIC,在肿瘤中发现了负责M2样巨噬细胞极化的基因调控对。 06 TME中的T细胞簇 T细胞可进一步划分为9个亚群: Treg细胞 (FOXP3+) NK细胞及NKT细胞 (FGFBP2) CD8+T细胞 (CD8A+) CD4+T细胞 (CD4+) 通路分析发现肿瘤来源的 07 TME中的肺泡(上皮)细胞簇 肺泡细胞可进一步划分9个亚群: I型肺泡上皮细胞 (AGER, CAV1) II型肺泡上皮细胞 (SFTPC, ABCA3) 棒状细胞 (SCGB1A1) 基底细胞 (KRT15) 其中I型肺泡上皮细胞、II型肺泡上皮细胞,以及呼吸道表皮细胞只肿瘤中出现。
SingleR找到过渡态的DCPART4:其他模型中也发现C1、C2和C3PART5:C2位于纤维化niche中PART6:表达CX3CR1的巨噬细胞促进肺纤维化进展一些小问题关于SingleR工具安装新单词后记 通过对博来霉素诱导的肺纤维化小鼠肺部标本进行单细胞测序,然后找到了一群介于和疾病相关的巨噬细胞,这群细胞从转录组上来看介于单核细胞和肺泡巨噬细胞(有自我更新能力)之间。 文章都做了什么: 使用SingleR来识别正常状态下和博来霉素诱导的肺纤维化小鼠的巨噬细胞。 使用基于SingleR的一种新聚类方法,来找出单核细胞来源的和肺泡巨噬细胞之间的过渡态细胞。 文章结论: 找到了起源于单核细胞、和疾病相关的一类巨噬细胞,会向纤维化niche中转移定居,并向肺泡细胞转变,发挥促进纤维化的作用。 SiglecF+CD11c+MHCIIhi 这组细胞在肺损伤第2周时有更高的C2、C3基因表达,然而在第4周时,这些基因的表达水平会下降,并且和正常的SiglecF+CD11c+ 肺泡巨噬细胞相似: ?
外周血或支气管肺泡灌洗液中的免疫分析揭示了免疫系统的主要变化,如过度的中性粒细胞激活,淋巴细胞减少,和异常的适应性免疫系统反应。 其中肺泡上皮细胞表现出最高的SARS-CoV-2 Spike (Spike+)阳性率(图2b)。肺泡上皮细胞的表型取决于高峰水平, 细胞间差异标记的强度依赖于Spike水平(如图2c-d)。 比较健康和COVID-19肺之间的巨噬细胞和成纤维细胞之间的相互作用,巨噬细胞优先与肺泡壁的成纤维细胞相互作用,表明在疾病晚期,巨噬细胞促进了肺泡壁的纤维化和增厚(图2f-h)。 观察到越来越多的细胞带有细胞死亡的标记物,特别是带有cCasp3的巨噬细胞和中性粒细胞(图2i),而上皮细胞和内皮细胞优先出现细胞死亡C5b-C9(图2j,k),可能提示肺泡损伤。 观察到巨噬细胞外渗、间质细胞和成纤维细胞丰度增加,同时随着疾病的进展,这些细胞类型之间的距离也随之增加,这可能是为了修复受损的肺组织。
02 肺腺癌的上皮细胞亚群 正常组织的上皮细胞可细分为4个亚群:AT1,AT2,club cells(棒状细胞), ciliated cells(纤毛细胞)。 S1和S3失调的基因参与了上皮表面活性物质的稳态、肺泡发育以及纤毛运动,说明S1和S3状态代表了正常分化程序的失调。 04 髓系细胞塑造免疫抑制的微环境 对单核-巨噬细胞分亚群,发现: 在正常肺组织中观察到的巨噬细胞亚群有:抗炎的肺泡巨噬细胞(APOE+,CD163+, C1QB+),促炎的肺泡巨噬细胞(IL1B+, CXCL8+),以及表达抗炎Makers的循环肺泡巨噬细胞。 06 肺腺癌中T淋巴细胞亚群 T/NK细胞亚簇主要包括: CD8+ T (naive, 效应,衰竭) naive CD4+ T 耗竭型滤泡辅助性T细胞(exhausted T follicular helper
结果3、免疫细胞与淋巴成纤维细胞巨噬细胞亚群分析:识别出肺泡巨噬细胞、单核来源巨噬细胞、单核细胞及两种间质巨噬细胞(IM)亚群:IM1:表达经典标志物(STAB1, F13A1)IMCHIT1:高表达促纤维化基因 CHI3L1等),与严重气流阻塞、高肺气肿负荷、吸烟及其他临床指标关联最强IM在COPD中整体增多,主要由促纤维化亚群IMCHIT1驱动,其富集程度与疾病严重程度正相关,并通过免疫荧光染色验证炎症性肺泡巨噬细胞状态 巨噬细胞富集群落免疫富集群落:高表达CD4+、CD8+ T细胞、B细胞及IMCHIT1巨噬细胞高炎症群落:高度富集炎症性非免疫细胞与炎性巨噬细胞临床关联:群落2肺功能最佳(DLCO、FEV1、FEV1/ IMCHIT1巨噬细胞相较于IM1巨噬细胞,接收更多SEMA3A、CSF1、IL4R和TNF信号。 作为信号产生细胞:炎症内皮细胞是CXCL10、CXCL11和CSF3的主要来源;炎症成纤维细胞(肺泡和网状)高表达CCL2、VEGF、IL15和IL33;炎症巨噬细胞表达CXCL3、CXCL5、IL1B
4.巨噬细胞与其他细胞/因素的互作(系统视角)“肠道菌群-巨噬细胞”轴:研究菌群代谢产物(如短链脂肪酸SCFAs、胆汁酸)如何通过G蛋白偶联受体或核受体等途径,远程或局部调控巨噬细胞功能,影响代谢性疾病 3.关注组织特异性与时空动态性倾向性:或将更支持能够揭示不同组织驻留巨噬细胞(如小胶质细胞、库普弗细胞、肺泡巨噬细胞)特有功能,及其在疾病发生发展中动态变化的研究。四、从模型构建到指标检测1. 例如:小鼠肺组织或肺泡灌洗液的肺泡巨噬细胞(CD11b-CD11c+Siglec-F+F4/80+)和肺间质巨噬细胞(CD11b+CD11c+Siglec-F-F4/80+CD64+)在CD11b的表达存在明显差异 MZM(Marginal Zone Macrophage)是CD11blowF4/80low的巨噬细胞或CD11blowCD64-/low的巨噬细胞。 巨噬细胞功能分析:包括吞噬功能和胞葬作用的检测。4. 巨噬细胞代谢研究:检测糖酵解和线粒体呼吸功能,并辅以关键代谢物和酶的检测(巨噬细胞代谢研究攻略请参考往期推文)。
04 比较TN和RD RD比TN呈现更高的肺泡signature(图A)。 通过RT-PCR的正交验证,发现肺泡的标志性基因NKX2-1在RD中表达高于Control组和获得性耐药的细胞,说明在RD组中肺泡信号被激活(图B)。 通过免疫组化验证肺泡的另一个标志性基因AQP4,在RD样本的质膜诱导了AQP4蛋白表达(图C),而在TN和PD组AQP4则没有表达。 利用外部TCGALUAD RNASeq数据,发现这些肺泡生物标记物的高表达可以改善患者的总体生存(图D)。 09 巨噬细胞亚群和T细胞亚群在不同治疗阶段特点 巨噬细胞(n= 1,379)进一步聚类,细分成5个亚群,并进行marker基因的注释(图A-B)。
值得注意的是,在许多病例中最早期出现的克隆对应于反应性II型肺泡细胞,其在组织学上类似于先前报道的作为LUAD前体细胞的KRT8高表达肺泡中间细胞。 通路分析显示,与髓系细胞(包括巨噬细胞)空间位置紧密相邻的RPII/KACs中,炎症相关基因集显著上调,提示二者通过IL-1β-IL1R1信号通路相互作用。 敲除小鼠肺上皮细胞中的Il1r1显著减少了肿瘤形成和KRT8+/LAMP3+细胞群,而重组IL-1β或与巨噬细胞共培养则促进了富含KACs的类器官生长,强有力地表明IL-1β-IL1R1信号通路是驱动RPII 联合治疗减少了KACs和瘤内巨噬细胞的比例,同时显著诱导了CD8+细胞毒性T细胞的浸润,表明在癌前阶段阻断IL-1β信号既能抑制癌症,又能激活免疫反应。 明确了关键的驱动机制:证实RPII/KACs与巨噬细胞等通过IL-1β-IL1R1信号通路相互作用,该机制是驱动肺泡上皮细胞肿瘤发生的核心。
之后确定了 FHP 中三种主要的巨噬细胞亚型: high PLA2G7(表达 PLA2G7)、 high FN1(表达 FN1) high MS4A6A 巨噬细胞(表达 MS4A6A)。 接下来发现 high PLA2G7 和 high MS4A6A 巨噬细胞中的炎症反应特征更丰富(图E)。 巨噬细胞被定义为经典激活的 M1 和交替激活的 M2 表型,具体取决于表面蛋白标记。 发现high FN1、 high PLA2G7和 high MS4A6A巨噬细胞显示出比其他巨噬细胞会富集更多的 M2 和 M1 基因(图GH)。 之后在 FHP组中使用 Monocle 2 研究巨噬细胞亚群的发育轨迹。在 FHP 的后期发育时间点发现了high PLA2G7和 high MS4A6A巨噬细胞。 FHP 患者肺泡上皮细胞的异质性 肺泡再生在人类肺纤维化中起重要作用,确定了13个clusters,注释了: alveolar type 1 (AT1) cells (expressing AGER and
RNA测序(scRNA-seq)结合T细胞受体测序(TCR-seq)和B细胞受体测序(BCR-seq)共同绘制了COVID-19肺炎的全面深度免疫图谱,分析了31例轻症或危重症COVID-19患者的支气管肺泡灌洗液 髓系细胞包括单核细胞、巨噬细胞、树突细胞(cDC)、中性粒细胞和肥大细胞。上皮细胞包括肺泡Ⅱ型上皮细胞、分泌细胞和纤毛细胞等。 当比较轻度和重度COVID-19时,发现前者的CD8+ T细胞、巨噬细胞和cDC增加。 在COVID-19中,FABP4medium和FABP4high肺泡巨噬细胞均减少,尽管在轻症和危重症比较中无显著差异。 FCN1高单核细胞在轻度和危重型COVID-19中显著减少,而肺泡巨噬细胞增加(图5d)。 使用Slingshot重建了两个单核-巨噬细胞谱系。
IPF患者肺部组织病理学表现(称为“通常间质性肺炎”)的一个特点是空间异质性,在保存的肺泡结构附近可以发现广泛重构的区域。 评估特定肺结构(如气道、肺泡和脉管系统)内细胞的空间位置支持对注释细胞身份的高可信度。 分析发现了一个与airspaces内巨噬细胞积聚相关的基于细胞的生态位,该生态位存在于所有疾病样本中,与诊断无关。在单细胞分辨率下提供了PF肺中巨噬细胞多样性的空间背景化和表征。 结果4、肺泡失调的时间线利用样本中疾病特征的空间异质性来重建PF进展的“分子自然史”。轨迹分析在细胞类型和生态位分析的支持下,发现肺泡稳态的初始丧失以毛细血管内皮细胞和AT1细胞的丧失为标志。 这些结果支持了一个概念模型,即最初的肺泡重塑是由肺泡-毛细血管界面的破坏和上皮再生相关程序的激活驱动的,随后是上皮下成纤维细胞的激活,然后是随后的髓细胞募集/增殖。
(全部的代码复制粘贴即可运行,欢迎尝试以及批评指正) 现在是雪貂支气管肺泡灌洗液单细胞转录组显示SARS-CoV-2感染期间巨噬细胞的顺序变化专辑第4讲:主要是巨噬细胞内部细分亚群的拟时序和RNA速率分析 lavage fluid reveals sequential change of macrophages during SARS-CoV-2 infection in ferrets“中的Figure4 Fig. 4 Trajectory analysis from MDIM to M1 and M2 macrophages. 1643729136434 ## 安装所需要的R包 chooseCRANmirror library(dplyr) library(ggplot2) library(tidyr) library(piano) library(msigdbr) library(monocle) ##载入巨噬细胞 Annotation) MP$Annotation_2 <- as.character(MP$Annotation) MP$Annotation[MP$Annotation_2 == "APOE pos FABP<em>4</em>