儿童克罗恩病回肠转录组学揭示初治患者中IL-17与NOD信号转导表达特征
文章信息
文章题目：Ileal Transcriptomic Analysis in Paediatric Crohn’s Disease Reveals IL17- and NOD-signalling Expression Signatures in Treatment-naïve Patients and Identifies Epithelial Cells Driving Differentially Expressed Genes
期刊：Journal of Crohn's and Colitis
日期：2020年11月
DOI: https://doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjaa236
研究背景
儿童克罗恩病是一种异质性疾病，特征为慢性、复发性和缓解性炎症，主要发生在肠道。与成人型克罗恩病相比，儿童期发病的克罗恩病可以观察到与炎症有关的多个基因和通路激活。现在越来越清楚的是，个体患者很可能与其潜在遗传变异有关。在个体患者内确定基因标记将为预测疾病结局和治疗个性化带来新的机会。
RNA测序可识别与疾病亚型相关的异常基因表达和特定基因。以往的研究已经确定了与发病和治疗反应相关的差异表达基因，包括OSM和TREM1，并且已经能够预测病程。评估单个活检样本中所有细胞类型的bulk-RNA测序可能无法对低表达基因进行测序，相比之下，当代癌症靶向和单细胞测序的努力揭示了与疾病相关的新通路和基因，并提供了临床诊断价值。整合靶向RNA测序、单细胞测序和临床结局数据为改善患者的分子谱分析提供了机会，并获得了对驱动炎症通路的特定细胞的理解。
在本研究中，我们对来自儿科克罗恩病患者队列的回肠活检组织进行了免疫靶向RNA测序，并整合单细胞转录组测序进行分析。
研究方案
结果分析
本研究共招募了91例回肠活检患者。根据Porto标准确诊，纳入了70例患者：27例TN克罗恩病患者；17例对照患者；26例ED克罗恩病患者。74%的TN克罗恩病患者的回肠活检样本取自发炎区域；对于确诊患者，仅27%的活检样本取自发炎区域。
作者首先通过WGCNA分析建立了与TN患者、对照组和ED患者相关的基因模块并鉴定出3个基因模块，分别含有104、47、31个基因。模块2显著富集了细胞代谢过程，包括PPAR信号转导和蛋白质消化和吸收。包含31个基因的模块3在TN患者中显著上调[NES 3.07]，在对照组中下调[NES-2.73]。在TN模块中共表达基因与制瘤素-M和NOD信号通路上调相关，并且作者发现CSF3R是TN模块中的hub基因。
使用DESeq2评估TN患者、对照组和ED患者之间的基因表达差异，多重检验校正后，TN患者和对照组之间342个基因显著差异表达，其中259个在TN患者中上调。TN患者中5个最显著上调的DEG是S100A12、CXCL8、S100A9、FCGR3A/B和L1RN。TN和ED患者之间的差异不太明显，与ED患者相比，TN患者中仅12个基因显著上调。在使用基因富集分析对与TN患者相关的通路，发现TN克罗恩病患者中IL-17与NOD信号传导升高。
NOD2是克罗恩病发病机制中涉及最多的基因，涉及多个互作基因的变异，包括XIAP、RIPK2和ATG16L1。作者假设NOD信号基因表达异常可用于将患者与对照组分类。使用HTG平台指导的NOD信号通路中的95个基因列表对所有患者进行了分层聚类。
对两例克罗恩病患者回肠活检进行单细胞测序，并确定驱动特定特定生物学功能的细胞群。对两次患者活检整合的1458个细胞进行降维，分群，随后注释细胞群为CD8 + 效应记忆T细胞[CD8 + Tem]、记忆B细胞、单核细胞、上皮细胞和浆细胞。作者发现IL-17信号基因富集在特殊的上皮细胞和单核细胞中。
总之，在研究中表明儿童克罗恩病的通路中，IL-17和NOD信号通路表达增加，作者确定了与初治患者复发时间增加相关的Th17细胞分化基因模块，并使用单细胞RNA测序确定驱动差异表达基因的不同上皮细胞群。