Cell | 空间蛋白组图谱揭示进化保守的肝脏巨噬细胞群落
原创 风不止步 图灵基因 2022-02-07 07:03
收录于话题#前沿分子生物学机制
撰文：风不止步
IF=41.582
推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐
亮点：
文章结合单细胞CITEseq、单核测序、空间转录组学和空间蛋白质组学提出了一个健康和肥胖的人类和小鼠肝脏的空间蛋白质基因组图谱。
2022年1月11日，VIB炎症研究中心的Martin Guilliams 博士等人在《Cell》上发表了一篇“Spatial proteogenomics reveals distinct and evolutionarily conserved hepatic macrophage niches”的文章，利用多组学数据集提供了有效的策略来可靠地辨别和定位所有的肝细胞，包括胆管处的脂质相关巨噬细胞（LAMs）群体。然后将这一图谱在七个物种间进行排列，揭示了真正的Kupffer细胞和LAMs的保守程序。还揭示这些巨噬细胞各自的空间分辨率的细胞和驱动其独特转录组特性的微环境回路。证明LAMs是由局部脂质暴露诱导的，导致它们在小鼠和人类肝脏的脂肪变性区域被诱导，而Kupffer细胞的发展关键取决于它们通过进化上保守的ALK1-BMP9/10轴与肝星状细胞的交叉对话。
单细胞转录组学的巨大进步能够更好地了解不同物种的不同器官的细胞组成。然而，我们仍然缺乏有关这些细胞如何在其独特的微环境中组织起来的信息。此外，决定组织内单个细胞的特定细胞-细胞相互作用仍有待定义。虽然肝细胞在肝脏内的空间组织已被了解，但非血小板肝细胞的空间组织仍不清楚。小鼠肝脏是这样，人类肝脏更是如此，大多数肝细胞的身份和准确定位都是未知的。此外，转录组和蛋白质组之间的联系还没有被研究，导致缺乏可靠的表面标志物来通过流式细胞仪和共聚焦显微镜识别这些细胞。作者使用蛋白质基因组技术，包括通过测序对转录组和表位组进行细胞索引（CITE-seq）和空间方法来识别所有的细胞及其在小鼠和人类的健康和肥胖肝脏中的具体位置。从而开发识别和进一步研究肝脏细胞的策略。为证明这种方法的有用性，作者确定了驱动不同肝脏巨噬细胞表型的进化保守和空间限制信号。
（图1：一个健康的小鼠肝脏的蛋白质基因组学图谱）
为了生成一个实用的人类组织的细胞图谱，并解开对居住在该组织的细胞身份至关重要的细胞-细胞回路，需要四个关键信息：(1)所有细胞的清单；(2)组织内不同细胞的位置，以确定相邻细胞之间的相互作用；(3)人类和动物模型之间的对齐，允许任何预测的细胞-细胞相互作用被扰乱，以及(4)确定可靠的基于抗体的面板，以有效筛选不同的病人和/或转基因动物。通过整合单细胞和空间转录组和蛋白质组数据，为肝脏提供了这4个方面的信息，并揭示了控制肝脏大鼠发育的进化保守的微环境回路。
（图2：在健康的小鼠肝脏中，一群巨噬细胞存在于胆管周围）
为了揭开所有肝细胞的空间定位，在健康的小鼠、人类和猕猴肝脏的胆管周围确定了LAMs。然而，当出现脂肪变性时，LAMs 优先被招募到肝脏的脂肪变性区域。这一空间信息至少部分否定了LAM的特性是由纤维化的SCs特异性诱导的假设。相反，数据表明，LAMs是由局部脂质暴露诱导的，还提供了一个跨越七个物种的肝脏图谱的排列，揭示了稳态KCs的保守和独特的转录组程序，并表明了KCs和构成其生态位的细胞之间空间限制和保守的配体-受体对。
（图3：在健康的肝脏中，LAMs存在于胆管处，但在肥胖的肝脏中，LAMs存在于脂肪变性区。）
强调在试图了解疾病如何扰乱细胞之前，首先需要描述健康组织的特征，发现DLL-NOTCH相互作用是稳态LSECs和KCs之间进化上保守的交叉对话，因此并不是肝癌或纤维化所特有的。同样发现FOLR2的表达不是肿瘤相关的肝脏Macs所特有的，而是由健康小鼠和人类肝脏中的KCs所表达。
（图4：巨噬细胞龛细胞可能调节巨噬细胞在健康肝脏和脂肪肝中的位置）
最后应用了一个蛋白质基因组学管道，从广泛的寡头结合抗体板开始，进行单细胞和空间分析。这一点至关重要，因为转录组分析并不总是与流式细胞仪或显微镜检测蛋白质的能力相对应。通过广泛的筛选，确定了最佳的表面标志物，用于分离和定位肝脏macs和它们各自的细胞。这既可以在单细胞水平上验证空间位置，又可以有效地筛选转基因小鼠模型，以确定KCs的缺失。展望未来，将这些相对便宜的抗体组应用于大型患者群或多个转基因小鼠模型，应能有效地确定任何干扰肝脏平衡的扰动情况。
教授介绍
Martin Guilliams 博士教授
研究领域：骨髓细胞亚群（ONSET）的个体发育和功能特化
研究重点是巨噬细胞（MΦs）和树突状细胞（DCs）的发展和功能专业化。为了揭示MΦs和DCs在体内免疫反应调控中的作用构建新型的DTR-或CRE-表达的基因敲入小鼠，在体内特异性地耗尽特定的MΦ或DC亚群，或在这些细胞内特异性地敲除感兴趣的基因。这些新型的基因敲入小鼠模型包括针对肝脏常驻库弗细胞和肺部常驻肺泡巨噬细胞的小鼠。
实验室对以下方面特别感兴趣 (i) 确定驱动DC和MΦ发展的转录因子，(ii) 揭示组织驻留的巨噬细胞如何参与维持组织的平衡，(iii) 了解炎症如何影响DC和MΦ亚群的发展和功能。
专业领域：
树突状细胞和巨噬细胞的本体发育过程；
正确识别树突状细胞和巨噬细胞亚群在稳定状态和各种炎症环境下的物种和组织；
构建树突状细胞和巨噬细胞特异性基因敲入小鼠，研究这些细胞在体内的功能特化；
研究体内Kupffer细胞和肺泡巨噬细胞的新型小鼠模型；
研究树突状细胞和巨噬细胞亚群在免疫反应调节中的作用。
参考文献
Martin Guilliams, Johnny Bonnardel et al. Spatial proteogenomicsreveals distinct and evolutionarily conserved hepatic macrophage niches(2022)