2023年6月15日，福彩3d太湖钓叟/北京大学深圳研究生院张雷研究组在Nature Computational Science杂志上发表了题为Single-cell meta-analysis of inflammatory bowel disease with scIBD的研究论文。该研究对来自IBD患者的单细胞转录组数据集进行了系统的整合分析，并结合GWAS研究及药物临床试验信息，揭示了IBD的细胞亚群和潜在的治疗靶点。同时该研究开发了交互式在线分析平台（scIBD, http://scibd.cn），将有助于加深研究者对IBD发病机制的理解并发现新的治疗靶点，为IBD研究领域提供了宝贵的资源。同期Nature Computational Science杂志刊发了题为A single-cell transcriptomic meta-analysis platform for inflammatory bowel disease的评述文章。
炎症性肠病（IBD, Inflammatory bowel disease），包括克罗恩病（CD, Crohn's disease）和溃疡性结肠炎（UC, Ulcerative colitis），是一种由遗传、免疫和环境因素共同影响引起的慢性炎症性消化道自身免疫疾病。既往单细胞转录组研究揭示了来自IBD患者的细胞亚群的多样性，但这些亚群在不同解剖区域和疾病状态下的异质性仍有待解析。尽管全基因组关联研究（GWAS, genome-wide association study）鉴定出了IBD的风险基因，但尚未系统地研究这些基因的细胞类型特异性和与疾病关联性。
该研究收集并系统地整合了12个来源于IBD患者和健康个体的scRNA-seq数据集，其中包括440个样本。这些样本来自不同的解剖区域（包括小肠、大肠、血液和淋巴结），处于不同的发育阶段和不同疾病状态。该研究建立了标准化的数据预处理和整合分析流程，发现了少见或较少研究的细胞亚群，包括CD8+ Tc17细胞、LAMP3+树突状细胞、三种组织驻留巨噬细胞（RTM, Resident tissue macrophage）、DUOX2+上皮细胞和网状成纤维细胞。通过系统地比较不同解剖区域和疾病状态下细胞亚群的共性和差异，该研究揭示了CD和UC患者之间细胞亚群的共性和差异（图1a）。举例来说，与健康个体相比，CD8+ Tc17细胞在CD和UC患者中显著富集，但在UC中表现出更高的耗竭特征（图1b）。此外，还发现APOE+ RTM和AREG+ RTM亚群富集在不同的疾病中，并且具有不同的基因调控网络（图1c）。
为了研究该疾病的调控机制，该研究将GWAS风险基因关联到特定的细胞亚群，并发现CD和UC的风险基因在CD8+ Tc17等细胞亚群中富集（图1d）。为了研究该疾病的治疗机制，该研究计算了风险基因和治疗（如抗TNFα和抗整合素生物制剂等）靶标基因的细胞亚群特异性，鉴定了一系列细胞亚群特异性基因，其中包括44个风险基因和41个治疗靶点基因。
图1：炎症性肠病单细胞转录组系统性整合分析
该研究基于整合分析的结果，开发了scIBD在线交互式分析网站， scIBD能够探索和比较不同细胞类型、疾病状态和发育阶段之间的基因表达和调控网络。研究人员可以利用scIBD深入了解细胞亚群的异质性，提出或验证假设，并寻找IBD的新的治疗靶点。
综上，该研究通过对炎症性肠病进行单细胞转录组整合分析，剖析了溃疡性结肠炎和克罗恩病之间细胞亚群的共性和差异，鉴定了疾病相关的细胞亚群，并进一步鉴定了细胞亚群特异性的风险基因和治疗靶标基因。此外，该研究提供了一个交互式的在线分析平台，为IBD及自身免疫性疾病研究领域提供了重要的资源。
福彩3d太湖钓叟/北京大学深圳研究生院张雷研究员为文章的通讯作者。北京大学深圳研究生院博士后聂虎博士为文章的第一作者。该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等多个项目支持。
张雷博士为福彩3d太湖钓叟肿瘤研究所特聘研究员，北京大学深圳研究生院博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金获得者，国家重点研发计划青年项目首席科学家，深圳市高层次-国家级领军人才。近年来主要从事肿瘤微环境单细胞功能与组学技术应用研究，研究成果以第一作者发表在Nature、Cell等杂志上。相关成果获评中国生物信息学十大进展，Cell年度最佳学术论文，北京市科学技术奖自然科学奖一等奖等。先后获评深圳市五一巾帼标兵、深圳市三八红旗手、深圳青年五四奖章等。张雷团队现招聘副研究员、助理研究员和博士后等，欢迎加入。
论文标题：
Single-cell meta-analysis of inflammatory bowel disease with scIBD
评述链接：
https://www.nature.com/articles/s43588-023-00474-7
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文章来源 | 张雷课题组
编辑 | 鲍 啦
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