单细胞和空间揭示溃疡性结肠炎中抗整合素治疗对细胞间室的效应

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠道疾病，Vedolizumab（VDZ）作为一种抗整合素抗体，已被证实对UC治疗有效。尽管VDZ主要通过抑制淋巴细胞向肠道的迁移发挥作用，但其对其他细胞亚群的影响尚不明确。因此，本研究旨在深入探讨VDZ对UC患者不同细胞亚群的影响。

题目：Single-cell and spatial multi-omics highlight effects of anti-integrin therapy across cellular compartments in ulcerative colitis

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-45665-6

研究领域：溃疡性结肠炎、抗整合素治疗

样本类型：外周血和结肠活检样本

关键技术平台：10x Genomic单细胞测序平台，CosMx™ SMI单细胞空间原位分子成像平台

01 研究思路图

02 样本收集与处理

1. 收集健康对照组和UC患者的外周血及结肠活检样本。

2. 样本分为新鲜处理和冷冻保存两种方式，以比较两者在单细胞转录组分析中的差异。

3. 使用不同的保存和处理方法，包括RNAlater保存、冷冻介质保存以及组织固定和石蜡包埋（FFPE）。

（b）冷冻保存与新鲜活检处理比较示意图。（c）两个供体10,648个细胞的代表性UMAP可视化分析。（d）细胞亚群注释结果。

03 主要研究方法

1. 单细胞转录组学（scRNA-seq）：

使用10x Genomics平台，对外周血和结肠活检样本进行单细胞转录组分析。通过Seurat和Scanpy等生物信息学工具进行数据预处理、双细胞检测、细胞聚类和差异表达基因分析，以识别VDZ治疗相关的细胞亚群和特征基因。

外周血白细胞(PBLs)的scRNA数据显示VDZ与差异基因相关，但与循环白细胞亚群频率无关。

2. 蛋白质组学（CITE-seq）

利用CITE-seq技术结合单细胞RNA测序和抗体为基础的蛋白表达检测，对细胞表面蛋白进行高通量测量，以建立细胞表面蛋白图谱。

粘膜活检的scRNA-seq和CITE-seq突出了与炎症严重程度、疾病状态和VDZ治疗相关的多个免疫和非免疫亚群。

3. 空间多组学：

使用多种技术（如MIBI、CODEX和CosMx™ SMI）对固定样本进行空间转录组和蛋白质组分析，以评估组织微环境中细胞亚群的空间分布和相互作用。

对FFPE标本进行CosMx空间转录组学分析（单细胞分辨率），确定了在治疗前活化的MNP、成纤维细胞和IEC隐窝基亚群中VDZ响应的组织特征。

04 主要发现

1. VDZ治疗与MNP亚群的变化相关，同时对淋巴细胞的影响较小。

2. VDZ治疗可能通过减少MNP的迁移和激活、降低炎症性成纤维细胞和内皮细胞的激活，促进肠道上皮细胞的恢复。

3. 通过空间多组学分析，研究者们揭示了VDZ治疗前后细胞亚群在组织中的空间分布变化。

05 总结

研究表明VDZ可能通过减弱MNP的迁移和激活、减少炎症性成纤维细胞和内皮细胞的激活，从而促进肠道上皮细胞的恢复。此外，研究还探讨了多种多组学平台在冷冻保存的活检样本和FFPE（甲醛固定石蜡包埋）组织上的适用性，为分析患者衍生的生物标本提供了有力的互补方法。

这项研究的重要意义在于，它提供了关于UC和VDZ治疗的细胞和基因因素的全面了解，并可能有助于开发更精确的治疗策略，特别是在预测治疗响应方面。通过结合单细胞和空间多组学方法，研究者们能够更深入地了解治疗响应的细胞基础，为未来的个性化医疗提供了新的见解。
 

参考文献：Mennillo, Elvira et al. “Single-cell and spatial multi-omics highlight effects of anti-integrin therapy across cellular compartments in ulcerative colitis.” Nature communications vol. 15,1 1493. 19 Feb. 2024, doi:10.1038/s41467-024-45665-6

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