单细胞多组学丨BD Rhapsody 助力填补败血症中性粒细胞研究空缺——Neu在败血症中增加并具免疫抑制性
单细胞多组学 | BD Rhapsody™ 助力填补败血症中性粒细胞研究空缺——Neu在败血症中增加并具免疫抑制性
研究背景
中性粒细胞(Neu)在败血症中具有关键的保护和致病作用，但以往相关研究工作常以PBMC为样本，忽略了Neu。前不久，英国牛津大学Julian C. Knight课题组在Nature Immunology期刊上发表了题为《Neutrophils and emergency granulopoiesis drive immune suppression and an extreme response endotype during sepsis》的文章，通过BD Rhapsody™ 单细胞多组学技术研究Neu，分析了败血症过程中Neu亚群和功能的差异，证明了败血症中Neu亚群对CD4+T细胞的抑制性，发现了免疫抑制性粒细胞和粒细胞生成改变是败血症SRS1亚表型的特征，阐明了Neu在败血症进展中的重要角色。
实验方法
样本：全血裂红
组别设置：26例败血症患者样本（Sepsis）、9例败血症患者恢复期样本（Conv）、 6名健康对照者样本（HC）、7例心脏术后患样本(CS，作为无菌性炎症对照）
主要结论
1.在败血症患者血液中，未成熟Neu和循环Neu显著增加
通过碧迪医疗单细胞WTA+AbSeq多组学测序技术，首先研究了26例Sepsis、6名HC和7例CS的血液样本，得到272,993个细胞的图谱(Fig1b, Ext Fig1a)，鉴定到丰富的粒细胞marker(Ext Fig1f-i)，为探索Neu分型提供充足资源。分析发现，炎症样本（Sepsis、CS）的Neu增多、淋巴和经典单核细胞减少。Sepsis中高度富集了未成熟Neu（IL1R2+ Neu、PADI4+ Neu和MPO+ Neu）的和循环MK167+CYP1B1+ Neu（Fig1d-e），并分析了各Neu亚群的成熟顺序(Ext Fig1d)。
2. Neu在败血症和恢复期具有免疫抑制作用
为了从功能上测试败血症Neu的免疫抑制特性，作者富集了HC和Sepsis的Bulk CD66b+ Neu，分别与健康供体CD4+T细胞共培养，发现Sepsis的抑制了CD4+T细胞增殖和活化(Fig2a)。用已报道方法调节粒细胞髓源性抑制细胞(G-MDSCs)的免疫抑制性，也未逆转，只有添加前列腺素时增加了CD4+T的活化。
为深入研究Sepsis CD66b+ Neu介导抑制的细节，作者用单细胞数据分析了不同阶段粒细胞(成熟CD10+CD16+ Neu、S100A8/9hi Neu、脱粒CEACAM8+ Neu和未成熟IL1R2+ Neu)的差异基因表达 (Fig2b)。也分析了通路，发现相比HC，Sepsis这些Neu显著富集了前列腺素调节或合成途径（Ext Fig2h）。Sepsis的成熟Neu(CD10+CD16+ Neu)和未成熟Neu(IL1R2+ Neu、PADI4+ Neu和MPO+ Neu)中富集了已知的G-MDSC的高变基因集。
接下来，作者分析了9例患者出院后恢复期（Conv）血液样本的单细胞测序数据。发现距离Conv此前急性采样的天数与现在成熟CD10+CD16+ Neu占比之间有显著正相关(Fig2c)，代表出院后逐渐恢复出成熟Neu。共培养实验发现Conv的CD66b+ Neu未抑制CD4+ T细胞的增殖(Ext Fig3b)、吞噬能力增加，但抑制了其活化(Fig2e)。综上，Sepsis的Neu对急性和恢复期CD4+ T细胞有免疫抑制特征，涉及多个具有潜在前列腺素途径的Neu亚群。
3. 粒细胞生成的改变，驱动了败血症SRS1亚表型
作者发现败血症改变了循环HSPCs的粒细胞生成，接下来研究了粒细胞生成的改变，与先前发现的SRS1亚表型败血症是否相关。作者将患者分成SRS1和non-SRS1两类，数据显示SRS1中L1R2+ Neu和循环MK167+CYP1B1+ Neu增加而单核细胞消耗(Fig 4b) ，两组患者间，SRS1患者的Neu中有大量差异基因(Ext Fig5a) 而单核细胞亚群差异极小，暗示是Neu驱动了SRS1表型分组。此外发现SRS1 CD66b+ Neu比non-SRS1更能抑制CD4+ T细胞活化和吞噬能力，表明SRS1亚表型代表了一种免疫抑制状态。此外，作者还利用Bulk RNA-seq、CyTOF技术和WGCNA分析方法进行了验证。
总结
作者通过BD Rhapsody™ 单细胞多组学技术绘制的新鲜全血单细胞多组学图谱，充分展示了败血症血液细胞景观，补充了原有研究结果的空缺。发现败血症血液中粒细胞特点，包括大量未成熟Neu、能抑制CD4+ T细胞、粒细胞生成也会发生改变，并证明这些特征显著存在于SRS1亚表型患者中，作者将SRS1定义为特异性免疫功能低下疾病的内型（endotype）。
