系統(tǒng)性紅斑狼瘡造血干細胞和祖細胞的轉(zhuǎn)錄組分析

    造血干細胞和祖細胞（HSPCs）是多能性細胞，可產(chǎn)生髓系和淋巴系。我們認為系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）免疫細胞異?？梢宰匪莸紿SPCs。HSPCs通過髓樣偏移對炎癥刺激作出積極反應，但這可能導致疲勞、功能下降、炎癥風險增加、適應性免疫下降和心血管死亡率增加。今天小編為大家?guī)碜钚掳l(fā)表于Translational science雜志上的文章“Transcriptome reprogramming and myeloid skewing in haematopoietic stem and progenitor cells in systemic lupus erythematosus”。在本研究中，我們通過RNA測序、通路富集分析，構(gòu)建骨髓源性HSPCs的全球基因表達圖譜，通過流式細胞術(shù)檢測HSPCs的細胞周期狀態(tài)和凋亡狀態(tài)，通過免疫熒光法檢測DNA損傷情況。

結(jié)果：
1.小鼠狼瘡HSPCs的轉(zhuǎn)錄譜表現(xiàn)為髓樣偏倚
    為了研究HSPCs在SLE中是否出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄改變，我們使用小鼠模型NZBW/F1。年齡相當?shù)拇菩訡57BL/6小鼠作為對照組。采用流式細胞術(shù)從NZBW/F1狼瘡和C57BL/6對照小鼠髓樣中篩選HSPCs，并在LSK室中進行基因分析（圖1A）。共鑒定了F1-P和F1-L小鼠之間的758個差異表達基因（圖1B）。在F1-L小鼠中，基因集富集分析顯示與炎癥反應、先天免疫反應激活和血小板脫顆粒相關(guān)的信號呈正相關(guān)（圖1C）。值得注意的是，F(xiàn)1-L小鼠中LSK表現(xiàn)出較強的增殖和較強的髓特征（圖1D）。IFN相關(guān)基因（Gbp6和Ciita）在F1-L LSK中上調(diào)，表現(xiàn)出強I型IFN信號，這是活性SLE的一個標志（圖1D）。總之，這些轉(zhuǎn)錄組學數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)1-L LSK向髓系/粒細胞系的增殖和分化增強。

2.小鼠狼瘡HSPCs細胞的活性增殖和復制應激
    為了驗證轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，我們分析了髓樣LSK腔室及其亞群。與F1-P相比，F(xiàn)1-L小鼠的LSK增加了近兩倍（圖2A，B）。在LSK室，F(xiàn)1-L小鼠中，短期造血干細胞和多能祖細胞的頻率更高（圖2A，C）。在穩(wěn)定狀態(tài)下，HSPCs相對靜止，維持一個低數(shù)量的循環(huán)細胞，這些細胞將分化為成熟的血細胞。狼瘡LSK細胞周期分析顯示，與B6-O對照組相比，在G0期，F(xiàn)1-L LSK細胞增殖增加，數(shù)量減少（圖2D）。此外，與B6相比，狼瘡LSK表現(xiàn)出更多的雙鏈DNA斷裂（圖2E），這表明狼瘡小鼠的LSK處于復制應激狀態(tài)。

3.狼瘡疾病進展中CMPs的分化停滯
    為了描述LSK期后的造血分化，我們對每個譜系的祖細胞進行了描述。F1-L組CMPs增加2.5倍，而與F1-P組相比，GMPs減少2倍（圖3A）。接著，為了進一步研究骨髓分化的調(diào)控，我們進行了轉(zhuǎn)錄分析。721個DEGs中的大部分在F1-L CMPs中下調(diào)(圖3B)。另外，髓樣標志物下調(diào)，而增殖標志物無差異表達（圖3C）。DEGs參與了與髓磷脂介導免疫、粒細胞激活、中性粒細胞遷移和補體激活相關(guān)的通路。因此，我們檢查了特異性粒細胞標記的表達（圖3D）。在F1-L CMPs中，IL-1家族的趨化因子和調(diào)節(jié)因子被下調(diào)。主要調(diào)節(jié)因子如Cebpe，Cebpd，Csf3r和Csf2rα在CMPs F1-L階段被抑制（圖3 D）。總的來說，這些結(jié)果提示骨髓祖細胞水平的分化停滯。

4.狼瘡BM中中性粒細胞增多
    鑒于分化停滯，我們假設(shè)終末分化細胞可能會減少。然而，與F1-P相比，F(xiàn)1-L小鼠的中性粒細胞增加了1.6倍，而BM的單核細胞水平與之相當（圖4A，B）。衰老比對照組小鼠中性粒細胞增加1.16倍。與之相反，F(xiàn)1-L小鼠血液和脾臟中性粒細胞明顯減少（圖4C，D）。

5.人SLE CD34+轉(zhuǎn)錄組表現(xiàn)為活躍的增殖和髓樣偏移
    接下來，我們研究是否可以追蹤人類疾病中的狼瘡LSK信號。為此，我們從女性SLE和HC患者的BM中純化CD34+細胞。我們在SLE和HC患者中鑒定出2364個DEGs，其中包含832個上調(diào)基因和1532個下調(diào)基因（圖5A）。SLE患者淋巴樣標志物表達下調(diào)，而髓樣標志物在患者體內(nèi)表達變化較大（圖5B）。此外，系統(tǒng)性紅斑狼瘡CD34+細胞表現(xiàn)出增強擴散，而GSEA與ATR在復制應激、細胞周期和DNA依賴的DNA復制下的激活呈正相關(guān)（圖5C）。針對增強擴散，γ-H2AX評估檢查CD34+細胞是否存在增殖壓力。結(jié)果表明，SLE HSPCs表現(xiàn)出更多的雙鏈DNA斷裂（圖5D）。亞組分析顯示，嚴重和中度SLE患者髓樣標志物存在變化（圖5E）。值得注意的是，與中度疾病患者相比，重度SLE患者粒細胞生成特異性標志物如CEBPZ、CEBPD、GATA2的表達增加（圖5E），這與我們在小鼠狼瘡LSK中的發(fā)現(xiàn)一致。GSEA與細胞因子-細胞因子受體相互作用和嚴重SLE患者的運動的正調(diào)節(jié)呈正相關(guān)（圖5F）。利用上調(diào)的基因?qū)乐豐LE患者進行富集分析，發(fā)現(xiàn)粒細胞和中性粒細胞的趨化和遷移過度（圖5G）?？傊cHC相比，HSPCs在SLE患者中被激活和增殖，在重癥患者中有明顯的轉(zhuǎn)錄分化。

6.人類狼瘡CD34+與小鼠狼瘡CMP轉(zhuǎn)錄組的比較顯示了在祖細胞期阻滯的共同特征
    接下來，我們將人類CD34+轉(zhuǎn)錄組與LSK和CMP數(shù)據(jù)進行比較。我們發(fā)現(xiàn)LSK DEGs和CMPs DEGs與人類CD34+ DEGs存在顯著重疊（圖6A，B）。在人類SLE患者中，小鼠LSK和人類CD34+細胞共享的DEGs大部分下調(diào)，而在小鼠狼瘡患者中沒有下調(diào)（圖6C）。然而，小鼠CMPs與人類CD34+細胞間的共同DEGs表達存在共性（圖6D）。因此，SLE CD34+轉(zhuǎn)錄組特征更容易讓人聯(lián)想到小鼠狼瘡CMPs而不是小鼠狼瘡LSK。使用RNEA，我們發(fā)現(xiàn)狼瘡CMPs和CD34+ SLE細胞中有15個被抑制的調(diào)節(jié)因子。其中，有重大疾病特定效應器如IFNγ和il - 6等，以及干細胞穩(wěn)態(tài)分化平衡的調(diào)節(jié)因子如Ets1和Pax5（圖6 E）?？偟膩碚f，狼瘡患者的CD34+細胞在小鼠狼瘡CMPs的轉(zhuǎn)錄譜中表現(xiàn)出更多的共性。

結(jié)論：
    系統(tǒng)性紅斑狼瘡的免疫細胞異常可以追溯到來源骨髓的HSPCs。HSPCs的啟動和異常的骨髓生成調(diào)節(jié)可能導致炎癥和耀斑的風險。