DSP助力揭示急性胃肠道移植物抗宿主病激素反应相关空间组织生态位

文章题目：Spatial Transcriptomics Reveals Distinct Tissue Niches Linked with Steroid Responsiveness in Acute Gastrointestinal GVHD

中文题目：空间转录组学揭示与急性胃肠道移植物抗宿主病激素反应相关的不同组织生态位

见刊时间：2023.

09

期刊名称：Blood

影响因子：20.3

实验平台：GeoMx Digital Spatial Profiler (DSP)；Panel：WTA

样本信息：32名下消化道急性GVHD患者FFPE组织

DOI：10.1182/blood.2023020644

 

 

文章摘要

 

严重的急性移植物抗宿主病(aGVHD)，特别是在类固醇耐药(SR)病例中，与显著的死亡率密切相关。空间转录组技术可以阐明基于组织的相互作用，并可能为治疗反应提供预测指标。该研究通过32例患者样本，使用DSP技术捕获来自免疫浸润区、结肠上皮区和血管内皮区不同部位进行转录组检测。数据分析显示，激素敏感病例的病灶以典型的细胞免疫(CMI)特征、正常分化的上皮细胞和发炎的血管系统为主。相反，在SR病例中，以中性粒细胞为主的非典型炎症和再生上皮细胞以及血管生成内皮反应的一些指标表达上调。对潜在预后生物标志物的研究发现，USP17L家族基因在生存期恶化的患者的免疫细胞中显著表达。

 

 

 DSP技术路线 

 

 

 

 

 文章结果 

 

1. 空间转录组学识别不同的免疫细胞

研究者使用DSP对32个aGVHD组织样本进行了309个ROI的分析，这些ROI包括来自上皮、内皮和免疫区域的总共720个AOI。免疫细胞出现在94%的ROI中，上皮细胞出现在78.6%的ROI中，内皮细胞占比最少。研究者随后将免疫细胞聚类成了两个簇，IC1和IC2。研究者随后进行了GSEA分析，结果显示IC1富含与细胞周期和转录相关的DNA结合相关的基因。另一方面，IC2簇显示经典介导免疫通路，如TNFα和IFNγ信号通路显著富集。IC1和IC2AOI之间的差异表达分析确定了驱动这些免疫反应的相关基因。之后研究者使用了SpatialDecon去探究与这些基因有关的免疫细胞类型。结果显示，IC2中包括树突状细胞和巨噬细胞在内的关键抗原提呈细胞(APC)以及终末记忆CD8 T细胞，这与经典的CMI反应一致。相反，IC1以中性粒细胞为主，有浆细胞和幼稚(未刺激)的CD8T细胞的特征。再加上APC的缺失，这表明CMI受损，与IC1簇中的非常规、中性粒细胞(固有)和潜在的浆细胞(体液)免疫反应有关，并与HG病理和SR疾病相关。研究者进一步分析了USP17L基因表达，发现与中性粒细胞百分比最相关，与巨噬细胞负相关，这表明USP17L基因在IC1生态位中的决定性作用。

结肠 aGVHD 的免疫区室转录分析

 

IC1 aGVHD 非典型免疫生态位特征

 

2. 根据炎症反应区分上皮细胞和血管内皮细胞区域

研究者将上皮细胞也聚类成两个簇(EC1和EC2)。随后对上皮簇之间基因差异分析确定EC1为正常分化的结肠状态，EC2为炎症状态，有再生干细胞的特征。值得注意的是，正常分化的EC1与LG病理分级相关，EC2与类固醇抵抗显著相关。血管内皮细胞还表现出两个不同的簇，VC1和VC2。VC2簇显示炎症反应(IL32)和细胞外基质(COL6A2、TIMP1、TNC)基因表达。VC2显示一些促血管生成因子(WNT10A、SCUBE2)的表达。这些簇在SS和SR患者之间没有差别。

结肠 aGVHD 中结肠上皮和血管内皮区室的转录组学分析

 

3. 空间相关性分析显示组织微环境生态位的差异

为了了解aGVHD反应中不同细胞类型之间的关系，研究人员对免疫细胞、上皮细胞和血管细胞的基因信号相互关联而形成的微环境生态位关系进行了分析。结果显示，经典细胞介导免疫反应(IC2)和正常分化上皮(EC1)的基因在空间上显著聚集。此外，IC2与炎症血管内皮细胞VC2细胞相关。相反，尽管EC1-VC2和EC2-VC1有相互关联的趋势，但不同集群之间的上皮细胞和血管细胞的关系似乎是相似的。因此，在这群aGVHD样本中，区域免疫反应驱动了整体的细胞微环境反应。总之，占主导地位的IC2-VC2-EC1细胞生态位反映了对类固醇敏感的经典细胞介导的免疫反应，而其他类型的细胞组合代表了一系列不同的类固醇耐药病理。

 

结肠 aGVHD 免疫、上皮和内皮区之间的空间转录相关性分析

 

 

4. 急性移植物抗宿主病预后生物标志物的鉴定

研究者通过检测存活率不同的患者的差异基因表达（不考虑他们的类固醇反应），探索了预测诊断结果的可能性。值得注意的是，多个USP17L家族成员(USP17L3、USP17L7、USP17L11、USP17L12、USP17L15和USP17L17)是在低GI水平的患者，且6个月内未复发死亡的患者中显著表达。

为了进一步评估 USP17L 基因家族的预后相关性，他们进行了基于四分位数的评估。结果显示，这些“高”表达USP17L 基因家族患者的生存期显著缩短。

研究者在 aGVHD 队列中通过 RNA-ISH 验证了 USP17L 家族基因表达。然而， 数据显示，RNA-ISH 测定结果并不能起到很好的预后效果区分。

 

与类固醇敏感性急性结肠移植物抗宿主病生存相关的生物标志物

 

 

文章结论

该研究揭示了 aGVHD患者与皮质类固醇治疗反应有关的肠道组织的空间基因表达特征。该研究强调了如何使用DSP平台来识别潜在的基于组织的标记物，以进行潜在的风险分级。UPS17L是一个潜在的具有预后价值的生物标志物。

类固醇反应背景下结肠 aGVHD 病理生理学的拟议方案