单细胞测序揭示人椎间盘髓核退行性病变分子机制

腰椎间盘退变性疾病（IDD），引起严重慢性腰腿痛，给患者及社会带来极大负担。目前多采用保守治疗缓解症状，但复发率高。当保守治疗无效后，腰椎融合手术成为唯一有效的治疗方法。但是该手术需要牺牲正常腰椎活动度，存在邻近节段椎间盘退变加速，手术风险大、花费大等问题。深入研究腰椎间盘退变的发病机制，从分子水平延缓腰椎间盘退变，成为治疗腰椎间盘退变性疾病的新方向。近期世界范围内发表的免疫反应导致腰椎间盘退变的文献较多，但免疫细胞诱导腰椎间盘退变的具体分子机制尚未阐明。因此，阐明免疫细胞诱导椎间盘退变的分子机制并寻找干预靶点对于IDD的临床治疗具有重要意义。

近日，上海市第一人民医院付强教授团队的郭松医生（第一作者）在Frontiers in Immunology（IF=7.3）发表文章，利用单细胞转录组深入研究人类退行性髓核（NP）骨化和椎间盘退行性病变的分子机制。
 

研究结果

本研究对4例同一病程的腰椎间盘病人髓核进行单细胞测序，通过聚类分群，鉴定了5个具有退行性NP基因表达谱的细胞群。NP作为免疫豁免的器官在病变后巨噬细胞和T细胞显著增加，免疫细胞的GO和KEGG功能富集分析，发现退行性NP中免疫反应的激活，可能与ECM重构有关，并进一步参与诱导IDD。
 

图1 退行性髓核的单细胞转录图谱及功能分析

进一步，作者对Blood cell和Stromal cell 进行亚亚群分析，明确了在病变人群中T细胞占比明显升高，此外，研究者还通过RNA速率发现基质细胞分化为骨化表型的分子轨迹。

图2 免疫细胞及Stromal细胞亚亚群分析

通过细胞互作分析，发现免疫细胞可以通过免疫因子如TNF-ɑ、CD74和CCL-3，促进基质细胞向骨化表型分化，并在细胞层面和大鼠模型中验证发现抑制NP中的TNF-ɑ可以缓解椎间盘骨化和退化，表明TNF-ɑ有可能作为IDD的治疗靶点。

图3 细胞互作验证及分子靶标抑制剂验证

总之，本研究绘制了退行性髓核的细胞图谱，确定了免疫细胞在诱导NP中基质细胞向骨化表型分化的作用，并明确了一个延缓IDD的靶点，为IDD治疗的药物开发提供了可能性。该研究中单细胞实验及生信分析服务由上海生物芯片有限公司提供。
 

文章链接：DOI：10.3389/fimmu.2023.1224627