《International Journal of Genomics》：Single-Cell RNA Sequencing Reveals Dynamic Expression Patterns of MAIT Cells and Macrophage Subpopulations in Myocardial Injury Model
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背景
黏膜相关恒定T细胞（mucosal-associated invariant T cells, MAIT细胞）是一类参与免疫监视与组织稳态维持的先天样T淋巴细胞。然而，在心肌损伤发生时，其转录动态及其与巨噬细胞之间的功能性交互（crosstalk）尚未
背景
黏膜相关恒定T细胞（mucosal-associated invariant T cells, MAIT细胞）是一类参与免疫监视与组织稳态维持的先天样T淋巴细胞。然而，在心肌损伤发生时，其转录动态及其与巨噬细胞之间的功能性交互（crosstalk）尚未得到充分界定。
方法
研究人员采用了两个来源于小鼠缺血-再灌注心肌损伤模型的公开单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）数据集（GSM8252253和GSM8252254）。在完成质量控制与聚类后，系统表征了免疫细胞组成、细胞因子表达模式以及巨噬细胞极化状态。同时，通过体外共培养实验验证了5-OP-RU激活的MAIT细胞对巨噬细胞细胞因子表达的MR1依赖性调节作用。
结果
单细胞分析显示，损伤后第7天免疫微环境发生显著重塑，与对照组相比，B细胞相对扩增而巨噬细胞减少。基于UMAP的特征映射显示，Tnf的表达显著局限于髓系细胞区室（尤其是单核细胞），而Il10则在各免疫细胞亚群中呈弥散性分布。MAIT细胞表现出ZBTB16和KLRB1等标志性基因表达升高，提示损伤后发生与激活相关的转录重编程。巨噬细胞群体呈现异质性的极化状态，体内TNF-α/IL-10共表达有限，且Il10总体丰度较低。功能验证表明，5-OP-RU激活的MAIT细胞可显著抑制巨噬细胞中的TNF-α表达，同时增强IL-10表达，而这些效应在MR1阻断后大部分被逆转。
结论
研究结果揭示了心肌损伤过程中免疫细胞的动态重塑以及MAIT细胞的转录适应性变化。以Tnf驱动的髓系信号占主导地位，以及活化MAIT细胞对巨噬细胞的MR1依赖性抗炎调节，共同提示心脏炎症中存在一条潜在的调控轴。上述结果为MAIT细胞-巨噬细胞相互作用提供了机制层面的见解，并提示了心肌损伤干预中潜在的免疫调节靶点。
该研究发表于《International Journal of Genomics》，围绕心肌损伤后免疫微环境重塑这一主题，重点解析黏膜相关恒定T细胞（mucosal-associated invariant T cells, MAIT细胞）与巨噬细胞亚群在损伤后心脏中的转录特征及相互作用。心肌损伤不仅造成心肌细胞坏死和组织结构破坏，还会触发复杂的炎症级联反应。该过程涉及单核/巨噬细胞、T细胞、B细胞及基质细胞等多类细胞群共同参与，其动态平衡决定了组织损害加重还是修复启动。既往研究已提示MAIT细胞具有免疫监视、快速效应应答及组织稳态调控功能，但其在心脏病理生理尤其是心肌损伤中的具体角色仍不清楚。与此同时，巨噬细胞虽被认为是损伤后炎症与修复转换的关键协调者，但其极化状态往往并非简单二分，而是呈现高度连续性和异质性。因此，有必要借助高分辨率单细胞转录组学技术，系统揭示心肌损伤后MAIT细胞与巨噬细胞的状态转换及潜在调控联系。
为解决上述问题，研究人员利用公开的小鼠缺血-再灌注心肌损伤模型单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）数据，比较正常组与损伤后第7天组的细胞组成和转录谱差异，并进一步通过体外共培养验证MAIT细胞对巨噬细胞炎症因子表达的调控效应。研究表明，心肌损伤后第7天，心脏免疫生态发生明显重塑：B细胞比例显著上升，巨噬细胞比例下降，单核细胞略下降，T细胞轻度增加；在分子层面，Tnf主要由髓系细胞尤其单核细胞表达，而Il10整体表达稀少。MAIT细胞则表现出ZBTB16、KLRB1等特征基因升高，提示损伤相关激活和转录重编程。功能实验进一步证实，经5-OP-RU激活的MAIT细胞能够以MR1依赖方式抑制巨噬细胞TNF-α并促进IL-10表达，提示MAIT细胞可能通过调节巨噬细胞炎症表型参与心脏炎症控制。该研究的重要意义在于，从单细胞层面提出了心肌损伤后MAIT细胞-巨噬细胞调控轴这一潜在机制，为心脏炎症的免疫干预提供了新的理论依据。
研究所用主要技术方法包括：基于GEO数据库中小鼠缺血-再灌注心肌损伤模型样本GSM8252253（正常对照）与GSM8252254（损伤后第7天）开展scRNA-seq再分析；采用Seurat 4.3.0进行质量控制、标准化、高变基因筛选、主成分分析（PCA，主成分分析）、UMAP降维、Louvain无监督聚类及细胞注释；在各主要细胞群内实施差异表达分析，并针对Tnf、Il10及巨噬细胞极化标志物进行表达评估；另以RAW264.7巨噬细胞与MAIT细胞体外共培养，结合5-OP-RU激活与MR1阻断，并通过实时定量PCR（qPCR，quantitative polymerase chain reaction）检测TNF-α和IL-10 mRNA表达。
3.1. scRNA-seq Data Quality Control and Filtering
研究人员首先对单细胞测序数据进行了严格质量控制。正常组与损伤后第7天组在每细胞检测基因数、总UMI计数以及线粒体基因比例方面整体可比，说明文库复杂度与捕获效率相近。经筛选后，正常组保留11,964个高质量细胞，损伤组保留13,393个高质量细胞，为后续分析提供了可靠基础。该结果说明两组数据质量总体一致，能够支持下游细胞组成与转录状态比较。
3.2. Dimensionality Reduction Shows Structured Cellular Heterogeneity and Strong Clustering
主成分分析显示前若干主成分解释了数据中的主要转录变异，支持进一步聚类分析。UMAP嵌入与图聚类结果提示，心脏组织中存在多个转录上彼此分离的细胞簇，且正常组与损伤组细胞在部分区域重叠、部分区域偏移，表明损伤诱导了细胞状态与组成的重塑。基于标志基因注释，研究人员识别出T细胞、B细胞、巨噬细胞、单核细胞、肥大细胞、心肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞及其他免疫细胞等主要群体。
3.3. Canonical Marker Genes Support Accurate Annotation of Immune Subsets
经典标志基因的特征映射进一步验证了细胞注释的可靠性。Cd3e定位于T细胞区域，Cd19限于B细胞区室；Csf1r富集于巨噬细胞，Ly6c2标记单核细胞。点图显示不同细胞类型的代表性标志基因具有较好特异性和检出频率。该部分结果支持后续针对特定免疫亚群的分层分析具有可信度。
3.4. Differential Expression Analyses Reveal Cell Type-Specific Alterations in Early Transcriptional Programs Following Injury
在主要细胞类型内比较损伤后第7天与正常状态，研究人员观察到明显的细胞类型特异性转录重编程。巨噬细胞中检测到107个上调基因和81个下调基因，T细胞中有71个上调和53个下调基因，提示先天免疫与适应性免疫区室均发生显著状态重塑。相比之下，单核细胞变化较少，内皮细胞改变有限；成纤维细胞出现大量上调基因，符合损伤后基质激活特征；B细胞则以下调基因为主，反映其在第7天也经历了深刻转录调整。该结果表明，心肌损伤诱导的反应并非均一，而是不同细胞谱系按各自功能定位作出差异化应答。
3.5. UMAP Unveils Global Immune Landscape and Spatial Cytokine Signatures
在全局UMAP图谱中，免疫细胞与基质/心脏实质细胞呈现清晰分离。特征映射显示，Tnf并非广泛分布于所有细胞簇，而是集中在特定免疫区域；Il10则较为稀疏，仅少数细胞高表达。正常组与损伤组细胞在一些区域混合分布，但也存在条件富集区域，提示心肌损伤不仅影响细胞比例，也影响炎症转录状态。该部分结果为后续解释炎症信号来源提供了空间化线索。
3.6. Myocardial Injury Is Associated With Shifts in Immune Cell Composition
细胞比例分析显示，损伤后第7天免疫细胞组成发生显著变化。B细胞由正常组约～2%升至损伤组约～12%，巨噬细胞由约～9%降至约～3%，单核细胞由约～10%略降至约～8%，T细胞由约～8%轻度增至约～9%–10%。这一结果说明，损伤后第7天的免疫重塑特征主要表现为B细胞扩增和巨噬细胞相对减少，反映心肌损伤后免疫微环境已进入不同于急性早期的重构阶段。
3.7. Cytokine Expression Is Dominated by TNF-α in Myeloid Compartments and Sparse IL-10
对各免疫亚群中Tnf与Il10表达分布的分析表明，Tnf的表达以髓系细胞为主，单核细胞信号最强，巨噬细胞和淋巴细胞中相对较弱；Il10在所有免疫细胞中总体表达都低，只有极少比例细胞可检测到。由此可见，损伤后第7天的炎症转录信号主要由髓系细胞驱动，且偏向Tnf主导，而内源性Il10抗炎信号较为有限。
3.8. Macrophage Cytokine Programs Show Limited IL-10 and Weak TNF-α With Minimal Coexpression
聚焦巨噬细胞亚群后，UMAP显示其内部存在两个主要区域，并伴有一定程度的条件混合，提示既有共享状态，也有状态偏移。Tnf表达局限于少数巨噬细胞，Il10阳性巨噬细胞更为罕见；散点分析显示TNF-α与IL-10几乎不存在明显共表达，大多数细胞Il10接近零，仅少量细胞出现较高细胞因子信号。热图进一步显示，相比巨噬细胞，单核细胞才是Tnf均值更高的主要来源。该结果说明，体内巨噬细胞在此时间点并非强烈TNF-α/IL-10双阳性细胞群，而是呈低Il10、弱Tnf且异质分布的状态。
3.9. MR1-Dependent Regulation of Macrophage Cytokine Expression by Activated MAIT Cells
为验证MAIT细胞是否可直接调控巨噬细胞炎症表型，研究人员开展了体外共培养实验。结果显示，静息MAIT细胞与巨噬细胞共培养时，巨噬细胞TNF-α和IL-10表达基本稳定，提示未激活状态下影响有限。经5-OP-RU激活后，MAIT细胞可显著降低巨噬细胞TNF-α表达，同时升高IL-10水平，呈现向抗炎表型偏移的趋势。加入MR1阻断抗体后，这些效应大部分被逆转，说明该调控依赖MR1介导的抗原呈递通路。该实验从功能层面支撑了单细胞观察所提示的MAIT细胞-巨噬细胞调控关系。
在讨论部分，研究人员认为，心肌损伤后MAIT细胞发生广泛转录重编程，ZBTB16、KLRB1及IL18R1等基因的表达变化提示其在维持细胞身份的同时具备功能可塑性，并可能增强对组织损伤信号的应答能力。关于巨噬细胞，研究强调其功能状态更适宜被理解为连续谱，而非传统M1/M2二元分类，因为Mrc1、Arg1与Nos2在不同条件下呈现异质表达。结合体外实验结果，活化MAIT细胞可通过MR1依赖机制抑制巨噬细胞促炎因子并增强抗炎因子表达，支持MAIT细胞参与塑造巨噬细胞功能状态。整体而言，研究提示MAIT细胞与巨噬细胞之间的相互作用可能构成调节心肌损伤后炎症反应的重要轴线，并为免疫调控治疗提供潜在靶点。文中同时指出，该研究基于公开数据及体外细胞系模型，时间维度和体内验证仍有限，因此结论主要适用于机制提示和后续研究设计。
研究结论部分可译为：这项综合性的单细胞分析表明，在心肌损伤过程中，MAIT细胞发生了显著的转录重编程，巨噬细胞群体则呈现复杂的极化动态。特异性基因表达特征及细胞互作模式的识别，为理解心脏病理生理基础上的免疫机制提供了新的见解。此外，体外验证实验显示，活化的MAIT细胞能够以MR1依赖性方式下调巨噬细胞中的TNF-α并增强IL-10表达，从而支持了这些单细胞观察结果的转化相关性。
