《Frontiers in Molecular Biosciences》：Expression of immune-related genes and possible regulatory mechanisms in ulcerative colitis
编辑推荐：
本文结合单细胞RNA测序(scRNA-seq)和批量RNA测序数据，系统揭示了溃疡性结肠炎(UC)中免疫相关基因(IRGs)的表达特征及其潜在调控机制。研究发现IRGs在T细胞和B细胞中显著上调，并鉴定出CD28等关键基因及调控因子HNF4A，为深入理解UC免疫病理机制及寻找新的诊断和免疫治疗靶点提供了重要线索。
溃疡性结肠炎(UC)是一种复杂的慢性免疫介导性结肠炎症性疾病。异常的免疫应答可能导致肠黏膜层病变，而免疫相关基因(IRGs)在此过程中至关重要，但其在UC中的具体作用与调控机制尚未完全阐明。本研究通过整合分析单细胞转录组(scRNA-seq)和批量RNA测序数据，旨在系统揭示UC中的IRGs及其调控网络。
首先，研究人员从GEO数据库获取了多个单细胞数据集(GSE116222, GSE114374)和一个批量数据集(GSE165512)。通过严格的质量控制和主成分分析(PCA)降维，识别出高可变基因(HVGs)，其中TPSB2和TPSAB1位居前列。利用t-SNE降维和细胞类型注释，成功识别出11个细胞簇，包括上皮细胞、潘氏细胞、T细胞、B细胞、单核细胞等。分析发现，在UC患者中，T细胞和B细胞等适应性免疫细胞的比例显著增加。假时序分析进一步揭示，T细胞和B细胞的分化时间晚于正常上皮细胞，提示其在炎症反应中的后续参与。
在批量测序数据分析中，与健康对照相比，UC肠道组织中存在大量差异表达基因(DEGs)，包括947个上调和4633个下调基因。GO功能富集分析显示，这些DEGs显著富集于免疫反应相关通路，如补体激活的经典途径、体液免疫应答等。KEGG通路富集分析则突出了胆汁分泌、脂肪消化与吸收、异生物质代谢等通路。加权基因共表达网络分析(WGCNA)进一步识别出与UC显著相关的基因模块，其中绿色模块包含69个基因，与UC状态高度相关。
为了探究炎症的异质性，研究对批量数据进行了共识聚类，确定了三个最稳健的亚型(Cluster 1, 2, 3)。免疫细胞浸润分析(CIBERSORT)显示，不同亚型间幼稚B细胞、浆细胞、M2型巨噬细胞和静息肥大细胞的丰度存在显著差异。尤为重要的是，免疫检查点分析发现，多个免疫检查点相关基因在不同亚型间表达有异，其中PVR、ICOS和CD28的表达差异最为显著(P < 0.001)。这提示CD28等共刺激分子在UC免疫微环境中扮演关键角色。
接下来，研究聚焦于IRGs的转录调控机制。通过交叉分析单细胞T细胞簇中的转录因子(TFs)、人类TF数据库以及UC肠道组织的DEGs，鉴定出11个共有的转录因子。蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析将HNF4A定位为核心枢纽基因。表达分析显示，HNF4A在UC肠道组织和T细胞簇中表达下调，提示其可能通过调控下游靶基因参与UC的免疫失调。
最后，研究在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的UC小鼠模型中，通过定量实时聚合酶链式反应(qRT-PCR)和免疫组织化学(IHC)对关键基因CD28进行了实验验证。结果一致证实，与对照组相比，DSS诱导的结肠炎小鼠结肠组织中，CD28在mRNA水平(P < 0.05)和蛋白水平(P < 0.001)均显著上调，进一步支持了其作为UC潜在生物标志物的重要性。
综上所述，本研究通过多组学数据整合分析，揭示了UC中适应性免疫细胞(特别是T细胞和B细胞)的异常活化和浸润是疾病发生的关键特征。研究发现并验证了免疫共刺激分子CD28在UC中高表达，可能作为有潜力的生物标志物。同时，研究首次提出转录因子HNF4A可能是调控IRGs（包括CD28）表达的上游关键因子，其表达下调可能与UC的免疫病理机制相关。这些发现为深入理解UC的免疫景观提供了新见解，并为未来开发针对特定免疫通路（如HNF4A-CD28轴）的诊断和靶向治疗策略奠定了理论基础。未来的研究需要在更大规模的人群队列和更深入的功能实验中验证HNF4A对CD28的具体调控机制及其在UC治疗中的潜在价值。
