基于大脑单细胞表达量遗传学（eQTLs）并通过单细胞RNA测序验证的细胞类型分析，揭示了脑内出血中的神经免疫和血管相关机制

《Journal of Translational Medicine》：Cell type resolved MR based on brain single cell eQTLs corroborated by single cell RNA sequencing uncovers neuroimmune and vascular programs in intracerebral hemorrhage

脑出血致病机制研究整合单细胞测序与孟德尔随机化，揭示神经免疫和神经血管通路及细胞通讯模式。

　　

摘要

背景

脑内出血（ICH）目前缺乏有效的神经保护疗法。我们结合了基于细胞类型的遗传推断技术和单细胞分析方法，以绘制与ICH相关的潜在因果机制和多细胞回路图谱。

方法

我们使用来自八种人类脑细胞的顺式eQTL（cis-eQTL）作为两样本孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）的统计工具，以大型生物库和中风研究联盟的ICH荟萃分析作为研究结果。这些统计工具经过LD剪枝处理，并仅保留了显著性较高的变异（F > 10）。逆方差加权（Inverse-variance weighting, IVW）是主要的统计方法，同时采用了稳健性分析、异质性/多效性诊断以及假发现率控制措施。实验验证采用了小鼠胶原酶诱导的ICH模型，进行了24小时时的单细胞RNA测序（n = 3个对照组；n = 3个ICH组），并使用了Seurat数据整合工具、成分分析（composition testing）、Slingshot伪时间（pseudotime）和CellChat软件进行分析。另外还有一组独立的小鼠样本接受了选定基因的qRT-PCR检测。

结果

ICH荟萃分析显示基因组控制效果良好，为后续的孟德尔随机化分析提供了支持。我们发现了524个基因与细胞类型之间的关联，其中胶质细胞的信号强度被赋予了更高的权重。基因富集分析结果表明，自噬/线粒体自噬、抗原处理、细胞骨架和囊泡运输、内皮基质黏附相关通路、铁死亡（ferroptosis）以及髓鞘应激通路在ICH中可能发挥重要作用。在小鼠的scRNA测序数据中，与疾病相关的微胶质细胞数量增加，而稳态微胶质细胞数量相应减少，同时中性粒细胞和T细胞数量也有所增加。优先分析的基因显示出方向性一致性；qRT-PCR验证结果显示，在ICH组中ARPC3和EIF2AK2的表达上调，而TBCK和SPECC1的表达下调。伪时间分析表明细胞状态向疾病相关微胶质细胞状态转变，CellChat分析进一步显示微胶质细胞与内皮细胞之间的网络交互作用增强。

结论

结合细胞类型特异性的孟德尔随机化分析与单细胞验证结果，揭示了ICH中的神经免疫和神经血管相关通路，并将遗传信号与细胞状态的变化联系起来，同时推断出细胞间的通信机制。

背景

脑内出血（ICH）目前缺乏有效的神经保护疗法。我们结合了基于细胞类型的遗传推断技术和单细胞分析方法，以绘制与ICH相关的潜在因果机制和多细胞回路图谱。

方法

我们使用来自八种人类脑细胞的顺式eQTL作为两样本孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）的统计工具，以大型生物库和中风研究联盟的ICH荟萃分析作为研究结果。这些统计工具经过LD剪枝处理，并仅保留了显著性较高的变异（F > 10）。逆方差加权（Inverse-variance weighting, IVW）是主要的统计方法，同时采用了稳健性分析、异质性/多效性诊断以及假发现率控制措施。实验验证采用了小鼠胶原酶诱导的ICH模型，进行了24小时时的单细胞RNA测序（n = 3个对照组；n = 3个ICH组），并使用了Seurat数据整合工具、成分分析（composition testing）、Slingshot伪时间（pseudotime）和CellChat软件进行分析。另外还有一组独立的小鼠样本接受了选定基因的qRT-PCR检测。

结果

ICH荟萃分析显示基因组控制效果良好，为后续的孟德尔随机化分析提供了支持。我们发现了524个基因与细胞类型之间的关联，其中胶质细胞的信号强度被赋予了更高的权重。基因富集分析结果表明，自噬/线粒体自噬、抗原处理、细胞骨架和囊泡运输、内皮基质黏附相关通路、铁死亡（ferroptosis）以及髓鞘应激通路在ICH中可能发挥重要作用。在小鼠的scRNA测序数据中，与疾病相关的微胶质细胞数量增加，而稳态微胶质细胞数量相应减少，同时中性粒细胞和T细胞数量也有所增加。优先分析的基因显示出方向性一致性；qRT-PCR验证结果显示，在ICH组中ARPC3和EIF2AK2的表达上调，而TBCK和SPECC1的表达下调。伪时间分析表明细胞状态向疾病相关微胶质细胞状态转变，CellChat分析进一步显示微胶质细胞与内皮细胞之间的网络交互作用增强。

结论

结合细胞类型特异性的孟德尔随机化分析与单细胞验证结果，揭示了ICH中的神经免疫和神经血管相关通路，并将遗传信号与细胞状态的变化联系起来，同时推断出细胞间的通信机制。