文献学习021--[sc]单细胞测序揭示心梗后的心脏免疫动态变化

前几天刚刚发在Small Methods（IF: 14.188）上的文章

1. Temporal Immune Composition in the Heart by Single-Cell RNA Sequencing after MI

Fig 1A：分选了sham和MI后d3 (急性炎症期)，d7 (急性炎症期)和d14小鼠 (重构期)心脏中的免疫细胞，进行了10x单细胞测序
Fig 1B：4个时间点的HE染色（MI后3d的小鼠心脏炎症浸润这么重的哦？）
Fig 1C：质控后得到17932个细胞，分为7个群
Fig 1D：七个群的marker基因热图，分的还是很开的
Fig 1E：7类免疫细胞的比例图。可以看到d3时巨噬细胞和单核细胞数量和比例达到最高，d7时T细胞、B细胞、中粒细胞显著增加，d14时免疫细胞比例已恢复到与Sham没有明显差别，表明疾病的成功控制。

小结：这些结果心梗后(days 0–14), 不同时间点心脏浸润着不同的免疫细胞亚群，并通过不同的功能对心梗作出反应。

2. Defining Cardiac Macrophage Subsets with Distinct Functions at All Time Points

前面的结果提示，MI各个时期巨噬细胞都是占比最多的免疫细胞。由于巨噬细胞具有高度异质性，作者对单核巨噬细胞进行了重新聚类。
Fig 2A：重新聚类得到了12个cluster（一小群细胞因为不表达特异性的基因被去除），也没有做注释，就直接用数字命名的。
Fig 2B：每个cluster的特异基因（这个图，很熟悉嘛）
Fig 2C：MHCII和Ccr2的表达，区分组织原位巨噬还是外周趋化来的巨噬。参考单核巨噬细胞。MP1-4群是MHC^high的，四群中只有MP4是低表达Ccr2的，但是这一群也和MP1一样表达很多inflammatory features (Ccl5, Cxcl9, Gpb2, Ly6a, Ly6i, Cfb, etc.)
Fig 2D：12群细胞的比例和数量变化。（⚠️学习怎么给每个群讲出意义）
可以观察到Ccr2⁺巨噬细胞中，MP2和MP3在MI后3天出现扩增，MP4则在随后的时间点出现扩增(d7)，提示MHC^high的细胞群主要起到促炎功能而且在疾病进程的不同时间点功能不同。
MP5和MP6都富集到白细胞迁移和趋化，但这两群Ccr2的表达不同。高表达Ccr2的MP5在d3显著上升，提示它是MI后的一个经典促炎性细胞群。而低表达Ccr2的MP6则展示出更复杂的功能，包括抑炎性基因的表达 (Gpnmb和Hmox1)，iron storage相关基因Ftl以及fatty acid (FA) binding protein 4 (Fabp4)和Fabp5的表达。这群细胞在d3时也出现了大量扩增。
MP7-10这四个群的MHC和Ccr2的表达都比较低，因此可能是组织原位巨噬细胞。MP7的差异基因富集到protect against host cell damage，而且在d7时出现扩增。MP7特异性表达编码抗氧化酶的基因(Sod2和Prdx1)，MP8表达组织原位巨噬细胞的marker(Selenop, Mrc1和Cd163)，这一群也是d3时候扩增。MP9和MP10的功能与组织完整性和修复有关，但是MP9表达angiogenesis的多种基因如Fn1, Slc7a2和Sdc3，MP10则表达多种胶原相关基因如Col3a1, Col1a2, Col1a1, Dcn和Bgn，这一群在MI后d14出现扩增。
MP11群高表达细胞周期和增值基因 (Stmn1, Birc5, Top2a和Ube2c)。
Fig 2E：有趣的是，尽管MP6-9被定义为Ccr^low群 (Fig 2C)，它们在day3的时候也表达一定量的Ccr2 (Figure S4E)。最后作者用免疫荧光验证了Ccr2⁺巨噬细胞在MI后3天大量出现。

3. Dynamic Variation in Macrophage Subsets after MI

为了理解巨噬细胞的动态变化，作者对几个MP细胞群做了拟时序。

Fig 3A：几个MP cluster的monocle3拟时序。整体上拟时间轴是从单核细胞--MHC^high sets--resident-like or postinfarction sets。
Fig 3B：分时间点的monocle图，也就是把A图按时间点分开展示。Figure 2D提示在MI的d3 (急性炎症期)，MP5和6群扩增显著，monocle则可以帮助判断这两群细胞的来源。由于MP5高表达Ccr2而且分化轨迹紧挨在单核细胞后，所以可能是单核细胞分化而来。MP6处于分化轨迹的远端，而且似乎和MP8具有分化关系，提示这个细胞群可能由血液循环单核和扩增的组织原位细胞群共同分化而来。
Fig 3C：MP1显示出促炎功能而且主要在正常心脏中存在，而且在d3时降低。MP2和MP3则出现了扩增。所以作者做了这三群细胞的monocle2拟时续，发现它们可能存在潜在分化关系，因此推断MP2和MP3可能由MP1分化而来，而不是单核。
Fig 3D：拟时差异基因和通路富集结果。

总结：d3时MP5和6群出现大量扩增，拟时序提示这两群时单核分化而来，功能主要与leukocyte extravasation，可能参与疾病进程。而d7时候，postinfarction subsets几乎消失而MP1和4增加，它们都高表达MHC，提示活化的适应性免疫。这个时期炎性细胞群MP2, 3, 5和6数量也出现了下降，而修复的细胞群MP10上升，提示组织修复。

4. Identifying Phase-Specific Molecular Signatures of Macrophages after MI

为了明晰MI下的心脏巨噬细胞分析变化，作者做了差异和富集分析。
Fig 4A B：心脏巨噬细胞不同时间点的差异分析火山图和富集分析条图。
Fig 4C：计算了趋化评分，抗原结合评分和细胞外基质评分，d3巨噬细胞趋化评分高，d14巨噬细胞细胞外基质评分高。
Fig 4D E：查看了一些觉得有意义的基因表达，免疫荧光做了验证

5. Neutrophil Subpopulations and Their Dynamic Interactions with Macrophages

6. Subpopulations of Cardiac Lymphocytes and Their Roles in MI

前面都是关注的巨噬细胞，Fig 5也分析了一下中性粒细胞，以及顺带带了一下其他细胞

Fig 5A：中性粒细胞被重新聚类为3个群
Fig 5B：三个群的比例变化。N1群主要在d3群在，而且表达多种趋化因子。
Fig 5C：三群中性粒细胞的拟时序
Fig 5D：分化轨迹伴随着age-related genes (Icam1和Cd24a)的表达增加和一些基因比如Cxcr2和Sell的下调。
Fig 5E：N3群在轨迹的末端，而且有最高的aging和apoptotic评分，提示它是most aged cluster。
Fig 5F：CellPhoneDB做了中性粒和巨噬的互作分析。结果提示巨噬与N1和N2的互作增强。
Fig 5G H：T细胞和B细胞的重新聚类分群
Fig 5I：B细胞与巨噬细胞的互作

7. Suppressing Early Infiltrated Mø-5 and Mø-6 Attenuates Pathological MI Progression

Fig 6A：d3是MI的急行炎症期，这个时间点的巨噬出现明显扩增。为了进一步探究巨噬细胞在MI中的作用寻找潜在治疗靶标细胞群，作者对不同巨噬亚群对疾病贡献得分进行分析，发现MP5和MP6在所有巨噬细胞亚群中贡献得分最高，提示它们在疾病进程中起着重要作用。（⚠️这个贡献度是怎么算的？？）
Fig 6B：为了探究这群细胞可否作为MI的干预靶点，作者使用了丹参酮IIA（丹参中分离出的天然心肌保护剂）治疗MI，分离了治疗后 不同时间点的小鼠心脏CD45⁺免疫细胞，进行了单细胞测序，和未治疗的数据进行了整合分析。
Fig 6C：丹参酮IIA治疗组d3的单核和巨噬细胞都明显降低
Fig 6D：MP5和MP6这两个主要亚群在丹参酮IIA处理后比例显著下降60%
Fig 6E：免疫荧光验证两个细胞亚群治疗后的数目减少，提示MP5和MP6可能是丹参酮IIA治疗的靶点
Fig 6F：丹参酮IIA治疗后MP5和MP6的趋化因子表达明显降低，而且MP5群炎症相关组织蛋白酶(e.g., Ctsd and Ctsl) 表达降低，MP6中多功能细胞因子如Spp1的表达降低，表明MP5和MP6的细胞比例和功能基因都有可能成为MI的潜在干预靶点。

整个文章思路比较常规，也是把范围缩小到某个疾病进展关键时期的某个炎性细胞群，然后给药物治疗，而且也不是特异性阻断或清除某类细胞，就是给了个比较公认的抗炎药/心肌保护药，跟单细胞轨迹重建揭示病理性心肌肥厚干预原则有点像。