本期重点选题·创面修复与瘢痕治疗
单细胞测序数据分析瘢痕疙瘩和局限性硬皮病组织中周细胞的差异
中华整形外科杂志, 2023,39(6) : 602-609. DOI: 10.3760/cma.j.cn114453-20230321-00060
摘要
目的

探讨瘢痕疙瘩和局限性硬皮病组织中周细胞的异质性及其演化轨迹差异,为研究2种皮肤纤维化疾病的致病机制和治疗靶点提供新的线索。

方法

选取GEO和GSA-Human数据库中的3例局限性硬皮病、4例瘢痕疙瘩及其对应的邻近正常皮肤样本细胞的单细胞转录组测序数据,绘制数据的表达矩阵。采用R语言的Seurat 4.3.0包进行处理后分群绘制t-SNE可视化图谱。采用Monocle 2.24.0包对其中的周细胞进行拟时序轨迹分析。

结果

瘢痕疙瘩和局限性硬皮病皮肤组织无监督聚类为19个不同的细胞群体,其中周细胞为C7、C11群,高表达PDGFRB和RGS5基因,占总细胞数的7.53%。周细胞进一步可分为8个亚群,拟时序分析发现基因表达变化主要有细胞命运1(fate 1)和细胞命运2(fate 2)2个分支轨迹,依照时序周细胞可分为5个状态(S1~S5);其中S4占前分支的绝大部分,代表最初状态的周细胞;S5构成细胞命运1分支的大部分,代表分化较早期状态的周细胞;S1、S2、S3构成命运2分支的大部分,其中S3代表分化中期状态的周细胞,而S1、S2则代表分化晚期状态的周细胞。在正常皮肤中,各分化状态的周细胞均匀分布,而瘢痕疙瘩周细胞主要分布于前支(S4)、分支1(S5)及分支2中的前一部分(S3),分别代表初始、早期及分化中期的细胞状态,分支基因表达动态分析显示其高表达SOX4、COL4A1、COL6A3、AHR、CXCL3和IL1R1等基因;而局限性硬皮病的周细胞主要分布于分支2的中后部分(S1、S2),代表分化末期的细胞,高表达ACTA2和MYH11等基因。

结论

瘢痕疙瘩和局限性硬皮病中周细胞具有异质性以及不同的演化轨迹;瘢痕疙瘩周细胞更具有干细胞样特性,通过高表达与细胞干性、上皮-间质转换、侵袭性和免疫微环境调控相关的基因,对其侵袭性和复发的病理特性发挥重要作用;而局限性硬皮病中周细胞可能主要转分化为肌成纤维细胞,导致其纤维化病理表型。

引用本文: 孔宇祥, 李志帅, 傅歆, 等.  单细胞测序数据分析瘢痕疙瘩和局限性硬皮病组织中周细胞的差异 [J] . 中华整形外科杂志, 2023, 39(6) : 602-609. DOI: 10.3760/cma.j.cn114453-20230321-00060.
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瘢痕疙瘩与硬皮病均属于皮肤纤维化疾病,表现为皮肤组织中细胞外基质的过度沉积,并伴随炎症反应和微血管形成及功能障碍,多种间质细胞均参与其病理过程,其中成纤维细胞是主要的功能细胞,在炎症等因素刺激下可以分化成肌成纤维细胞,分泌胶原等细胞外基质[1],而周细胞增多则可以通过转分化为肌成纤维细胞或造成微血管堵塞等机制发挥致病作用[2,3]。硬皮病和瘢痕疙瘩在临床上需要加以鉴别诊断[4],且目前由于病因和发病机制尚不完全清楚,2种疾病均缺乏安全精准的根治方法。既往的文献报道认为微血管病变是硬皮病的致病机制,而周细胞与硬皮病等多种疾病的微血管病变有关[5]。与正常皮肤相比,瘢痕疙瘩中微血管被更多周细胞包绕,类似肌成纤维细胞,可以从血管周围迁移到间质,低氧条件下周细胞收缩可以加重血管腔的堵塞,导致不断增加的低氧和纤维增殖[6]。但有关周细胞在瘢痕疙瘩和硬皮病中的异质性及其不同亚群分化过程中的动态调节差异鲜见报道。近年来,随着单细胞测序技术的应用,细胞异质性及其在疾病发生发展中的基因表达演化轨迹已成为研究热点。本研究选取了公共数据库中正常皮肤组织、瘢痕疙瘩组织与局限性硬皮病组织中单细胞转录组测序(single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq)数据,构建了转录组图谱,详细描述了瘢痕疙瘩与局限性硬皮病组织中周细胞不同亚群的拟时序分析结果,比较了2种疾病中周细胞亚群的分化和发展轨迹,为揭示周细胞异质性及其不同亚群分化过程中基因功能的变化对不同皮肤纤维性疾病的调控机制提供了新的线索。

 
 
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