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2.2.10 研究| 2021-单细胞转录组分析COVID-19重症患者肺泡巨噬细胞亚型

刘小泽写于2021.10.18

前言

题目：Single-cell transcriptome identifies FCGR3B upregulated subtype of alveolar macrophages in patients with critical COVID-19

日期：2021-09-24

期刊：iScience

链接：https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103030

一句话概括

数据分析文章：scRNA分析重症COVID-19患者多个样本，得到一种单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞 (MoAMs) 亚型，并且FCGR3B基因在其中特异性表达，提供了一个新的biomarker。

使用的数据

BALF单细胞群初步注释

利用Liao文章的marker基因，大致分成macrophages, myeloid dendritic cells, and T-cells，但发现很多cluster的细胞类型不好确定【A) Control. B) Moderate. C) Severe BALF clusters using Liao et al markers】

于是自己又细分亚群，分别得到19, 17, and 18个cluster， 21939, 7316 and 37197 cells

然后又找了一些marker自行细胞注释：https://www.cell.com/cms/10.1016/j.isci.2021.103030/attachment/24e25182-6d40-41fa-a4f5-fc33e365f86f/mmc2

重症样本注释

包括了：basal cells, vascular cells, dendritic cells, ionocytes, monocyte-derived alveolar macrophages, plasma cells, and alveolar epithelial cells

重症样本的cluster11与COVID-19并发症基因之间的关联

并发症包括了：encoding cytokines and cytokine receptors, or associated with rare infectious diseases, rare syndromes, chronic obstructive pulmonary disease, cardiovascular disease, hypertension, obesity, and diabetes

基因列表：https://www.cell.com/cms/10.1016/j.isci.2021.103030/attachment/0b421468-3a53-48b6-8c28-3eee4d7e06f7/mmc4

发现重症的17个cluster中，cluster11表现非常突出，9个基因列表中表达了8个，并且表达量还主要是上调

因此，这个cluster11就被标记为monocyte-derived alveolar macrophages (MoAMs)，它的marker 基因就是CCl3L1 ，而且这个MoAMs亚型在 moderate or control样本中都没发现

之后也看了一下富集分析，主要集中在：

  • host immune response signaling networks related to TNFα

  • cytokine and interferon gamma responses

  • response to type1 interferon and biotic stimulus

  • innate immune and inflammatory responses

MoAM亚型top20基因分析

既然感兴趣的cluster找到，那么接下来就看其中的top基因（这里选择前20）

做了一个气泡图【 A) Control. B) Moderate and C) Severe BALF】，不过感觉没啥必要，既然选择cluster11的前20，那么肯定这些基因（横坐标）就主导啊

然后就定位到了其中一个差异最大的基因：FCGR3B

然后开始研究这个基因了：

  • regulate both adaptive and innate immune responses which are crucial for the defense against infection and prevention of chronic inflammation or autoimmune diseases

  • FcRs mediate important immune responses such as release of cytokines or phagocytosis (Ben Mkaddem et al., 2019)

并且图C中cluster11表达的FCGR3B，比其他FcR族基因更多

FCGR3B的数据集验证

在bulk PBMC data进行验证 (Arunachalam et al., 2020) ，并且发现在non-classical monocytes中表达更多

在 bulk data set from nasopharyngeal swabs数据集验证（左图），另外之前看cluster11特异性表达CCL3L1，那么同样在重症的CCL3L1高表达细胞中，FCGR3B表达同样高

不过，不同于FCGR3B，CCL3L1和TNFAIP6 (indicator of COVID-19 severity) 在其他数据集中并非一直是重症表达量高于对照组。所以最后的目光又集中于FCGR3B 这一个基因了

FCGR3B的实验验证

qPCR positive COVID-19 patients (n = 31) and qPCR negative controls (n = 11)，发现：

  • 左图（单纯covid）：50% had greater than 1.5-fold change of FCGR3B compared with 28.1% in controls

  • 右图（covid+并发症）：57.1% of patients with severe COVID-19 with comorbidity had greater than 1.5-fold change of FCGR3B compared with 28.1% in controls

当然，最后还拓展了一下，做了个体外并发症（肥胖）关联实验，发现：FCGR3B as a potential modulator of COVID-19 severity in patients with obesity

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