基于单细胞转录组学测序的巨噬细胞在肝硬化-肝癌疾病进展中的功能研究

分类： 医学、药学 >> 临床医学 提交时间： 2024-02-19 合作期刊: 《中国全科医学》

任凌萱 卢子琪 齐威 冯志杰

摘要： 背景　肝脏巨噬细胞在构建宿主防御机制及维持机体内环境稳定中发挥重要作用，也是参与肝脏损伤和修复的重要细胞成分。单核细胞来源的巨噬细胞在基因调控以及具体功能方面与肝脏固有巨噬细胞不尽相同。90%以上的原发性肝癌发生在肝硬化的基础上，巨噬细胞在肝硬化及肝癌疾病进展中的动态变化规律值得探讨。目的　解析不同来源肝脏巨噬细胞的转录组学差异，分析巨噬细胞在肝硬化 - 肝癌疾病进展中的动态变化规律，探索预防肝硬化进展为肝癌的潜在策略。方法　本研究通过从 GEO 数据库获取健康、肝硬化及肝癌组织的单细胞转录组学数据。健康及肝硬化数据来自 GEO 数据库 GSE136103 数据集，取自 5 例健康肝脏以及 5 例肝硬化肝脏的数据。肝癌数据来自 GEO 数据库 GSE149614 数据集，取自 10 例肝癌患者的数据。通过 Seurat 软件包分别对肝硬化及肝癌样本的数据进行聚类，鉴定各个细胞类型。将肝硬化样本中的 3 簇巨噬细胞亚群提取后，分析各个亚群前 200 特异性表达基因，应用 Metascape 在线分析软件对各亚簇特异性表达基因进行功能分析。提取巨噬细胞亚群肝硬化特异性表达基因，通过KEGG 功能分析探究巨噬细胞在肝硬化中的功能。将肝硬化以及肝癌单细胞转录组数据通过 CellChat 软件包进行细胞间相互作用分析，对比肝硬化与肝细胞癌样本巨噬细胞细胞通讯的差异。将健康对照、肝硬化以及肝癌三者不同来源的巨噬细胞通过 Harmony 软件包去批次效应，之后导入 Monocle 软件包进行伪时序分析，构建健康肝脏 - 肝硬化肝脏 - 肝癌巨噬细胞的演变轨迹。利用 limma 软件包找寻在健康肝脏 - 肝硬化肝脏 - 肝癌巨噬细胞的演变过程中连续上调以及下调的基因，并进行功能富集分析。结果　对所有细胞进行无监督聚类，根据标记基因表达情况，共提取出 3 个巨噬细胞亚簇（分别为 Mac1，Mac2 和 Mac3）。其中 Mac1 起源于组织驻留巨噬细胞（Kuffer 细胞），Mac2 以及 Mac3 起源于血液单核细胞，并且其数量在肝硬化组织中明显增多。在肝硬化组织中的 Mac1 表现了适应性免疫系统（adaptive immune system）相关功能的上调，Mac2 以及 Mac3 亚群均表现出吞噬体（Phagosome）相关功能以及抗原提呈功能的下调。肝硬化与肝癌样本中巨噬细胞与其他类型细胞的通讯存在巨大的差异。某些细胞间通讯仅发生于肝硬化巨噬细胞中，这包括干扰素 - Ⅱ（IFN- Ⅱ）以及 CD40 等信号通路的细胞通讯。经过去批次效应的处理后，对健康肝脏、肝硬化肝脏以及肝癌巨噬细胞进行伪时序分析，结果提示三组数据存在特定的时序关系。本研究发现 81 个在该过程中连续下调的基因，然而未发现在健康肝脏 - 肝硬化肝脏 - 肝癌巨噬细胞演变过程中连续上调的基因。功能分析提示连续下调基因存在对细菌的免疫反应的功能富集。结论　肝硬化巨噬细胞可以分为 3 个亚群，其中 Mac1 来自于肝脏固有 Kuffer细胞，Mac2、Mac3 来自于血液单核细胞。肝硬化中诸多免疫相关细胞通讯例如 IFN- Ⅱ以及 CD40 通路在肝细胞癌中消失。健康肝脏 - 肝硬化肝脏 - 肝癌巨噬细胞演变过程存在对细菌的免疫反应的持续下调，这可能加重了门脉高压造成的肠道菌群位移的危害。对于肝硬化患者，尽早地治疗门脉高压造成的肠漏，可能是重要的治疗策略。

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