论著·重症感染与脓毒症
单细胞测序和数字PCR技术筛选单核细胞差异基因集对脓毒症早期诊断的临床意义
中华危重病急救医学, 2021,33(7) : 779-785. DOI: 10.3760/cma.j.cn121430-20210607-00832
摘要
目的

验证脓毒症中特异分化的单核细胞亚群,并筛选及构建用于早期诊断脓毒症的单核细胞差异基因集。

方法

选择广东省人民医院2020年6月至2021年3月收治的脓毒症患者,提取外周血单个核细胞(PBMC),应用单细胞测序技术和拟时序分析对单核细胞差异亚群进行验证。利用生物信息学手段分析差异亚群中的基因表达,并筛选出差异基因用于初步构建候选差异基因集。利用数字聚合酶链反应(PCR)技术分别在脓毒症患者PBMC以及脓毒症人髓系白血病单核细胞株(THP-1)模型中对候选差异基因进行验证,并利用韦恩图构建最终的单核细胞差异基因集。使用基因表达数据库(GEO)对差异基因集进行外部数据验证。

结果

①细胞注释及拟时序分析结果显示,NEAT1+CD163+单核细胞的分化明显区别于其他亚群,并在脓毒症早期就已经出现,是脓毒症病理过程中的特征亚群。②从NEAT1+CD163+单核细胞的基因表达中筛选出22个与脓毒症相关的差异基因,经过数字PCR进一步验证后,最终筛选出碱性亮氨酸拉链ATF样转录因子(BATF)、原癌基因JUNB、癌胚抗原相关细胞黏附分子4(CEACAM4)、第9号染色体上95开放阅读框(C9orf95)、G蛋白α亚基15(GNA15)、补体C3A受体1(C3AR1)、转录生长因子β1(TGFB1)、线粒体载体同源物1(MTCH1)8个基因,用于构建最终的单核细胞差异基因集。③外部验证结果显示,由于C9orf95基因在GEO数据库的GSE154918及GSE133822两个数据集中均无数据,因此在验证时将其排除。在GSE154918数据集,单核细胞差异基因集中BATF、JUNB、CEACAM4、GNA15、C3AR1、TGFB1、MTCH1的表达在脓毒症组均较健康对照组明显升高(log2表达量:BATF为12.78±0.08比11.39±0.35,JUNB为16.88±0.07比16.04±0.03,CEACAM4为14.73±0.08比13.77±0.05,GNA15为13.16±0.06比12.30±0.04,C3AR1为14.62±0.13比12.87±0.05,TGFB1为16.95±0.05比16.57±0.36,MTCH1为14.80±0.02比14.61±0.15,均P<0.05);在GSE133822数据集,基因集中BATF、CEACAM4、GNA15、C3AR1的表达在脓毒症组明显高于健康对照组(log2表达量:BATF为8.66±0.16比7.92±0.14,CEACAM4为9.20±0.16比8.36±0.20,GNA15为10.66±0.18比10.13±0.16,C3AR1为11.49±0.27比10.48±0.16,均P<0.05),而JUNB、TGFB1、MTCH1的表达在两组人群中差异无统计学意义。基因集差异分析(GSVA)显示,在GSE154918及GSE133822两个数据集中,脓毒症组单核细胞差异基因集的富集分数均显著高于健康对照组(GSE154918:0.38±0.04比-0.44±0.02,GSE133822:0.56±0.02比0.20±0.05,均P<0.01)。受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析显示,单核细胞差异基因集在GSE154918及GSE133822两个数据集中对脓毒症早期诊断的ROC曲线下面积(AUC)及95%可信区间(95%CI)分别为0.993(0.980~1.000)和0.944(0.873~1.000),提示其具有可靠的诊断价值。

结论

通过单细胞测序技术及数字PCR技术筛选得到的BATF、JUNB、CEACAM4、GNA15、C3AR1、TGFB1、MTCH1单核细胞差异基因集对脓毒症患者具有良好的早期诊断效能,或许能够为早期诊断脓毒症提供新思路。

引用本文: 蔡耿鑫, 周媛, 温妙云. 单细胞测序和数字PCR技术筛选单核细胞差异基因集对脓毒症早期诊断的临床意义 [J] . 中华危重病急救医学, 2021, 33(7) : 779-785. DOI: 10.3760/cma.j.cn121430-20210607-00832.
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脓毒症是机体对感染反应失调导致的危及生命的器官功能障碍[1]。发达国家脓毒症患者的住院病死率为17%[2],而我国脓毒症患者的住院病死率则高达33.5%[3,4]。目前尚缺乏能早期诊断脓毒症的可靠标志物,这也是导致脓毒症患者病死率居高不下的重要原因。外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)是机体外周血循环中具有单个圆形细胞核的细胞[5],是机体外周免疫系统的重要组成部分,在机体固有免疫及适应性免疫中发挥重要作用。脓毒症早期可诱导PBMC组成成分、细胞基因表达和功能等发生改变[6]。反过来,PBMC也广泛参与了脓毒症病理生理过程中的各个环节,在脓毒症疾病进程中发挥着重要作用,PBMC的改变也能够反映脓毒症病情变化。本课题组前期利用单细胞测序技术分析脓毒症患者与健康者PBMC的差异,结果显示,脓毒症时PBMC改变主要来源于单核细胞,而单核细胞改变很可能主要来源于其中两个亚群[7]。本研究旨在验证脓毒症时特异分化的单核细胞亚群,并筛选可能用于早期诊断脓毒症的单核细胞差异基因集。

 
 
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