Nat Commun | 单细胞+空间转录组学解析γδ T细胞在感染期间调节皮肤免疫稳态

单细胞转录组、空间转录组

为了研究小鼠皮肤对非洲锥虫的免疫反应，研究者使用10X平台进行了单细胞和空间转录组学的联合分析。从幼稚（=2）和感染（=2）小鼠中获得了56876个高质量细胞，经过聚类分析，分成17个亚群。通过marker基因，鉴定为8个角质形成细胞群（KC1-8），成纤维样间充细胞群（Fibro-like），髓系细胞群（Myeloid cells）,T细胞群（T cells），表皮黑色素细胞（LC），内皮细胞（EC），巨噬细胞（MC），脂肪细胞（Adipo），红细胞（(Erythro）。与初始对照组相比，髓系细胞和T细胞在受感染的皮肤中具有更高的频率。这些结果与通过组织病理学检查确定的感染样本中炎症细胞频率的增加相一致。通过单细胞转录和空间转录数据的整合分析，将细胞类型在空间位置上进行映射。结果显示在感染后，皮下脂肪组织层内出现免疫细胞和基质细胞的局部分布。

基质细胞越来越被认为是启动包括皮肤在内的许多组织的免疫反应的关键。研究者重新聚集了基质细胞簇（KC1-8、Adipo、EC、LC和成纤Fibro-like），获得了13个不同的基质簇，7个是表达Krt25、Krt14和Krt15的真正角质形成细胞群（KC），1个黑素细胞群（MLCs）、1个成纤维细胞群（FB）、1个内皮细胞群（ECs）、1个脂肪细胞（Adipo）、2个间质前脂肪细胞群（IPAs）。为了确定基质细胞是否影响免疫功能，研究者通过模块评分来测定细胞因子和抗原呈递分子的整体表达水平。结果显示，IPA2和较小程度上的KC2是细胞因子和抗原呈递分子的主要产生者。在IPA2中，Il6、Il15、Il18bp和干扰素驱动的Cxcl9、Cxcl10，以及Ib类和II类主要组织相容性复合体H2-M3和H2-DMa的表达增加，且定位于感染小鼠的皮下脂肪组织。综上所述，位于皮下脂肪组织中的IPA2亚群是应对感染时皮肤免疫细胞招募和激活的关键驱动因素。

除了基质细胞外，常驻髓系细胞（Myeloid cells、LC）也参与了对感染的最初反应。研究者重新对集群骨髓亚群进行分群，得到6个亚群，包括1个Cd14⁺单核细胞群（Cd14⁺ momo），1个Mrc1⁺巨噬细胞群（Mrc1⁺ macs），2个集群黑素细胞群（LCs），1个肥大细胞群（Mast cells），和1个树突状细胞（DCs）。在感染后，所有的髓系细胞都有扩增，但在Mrc1⁺ macs、Cd14⁺ momo和LCs亚群中明显扩增。模块评分发现Cd14⁺单核细胞和Mrc1⁺巨噬细胞在髓系腔室中表达最高水平的细胞因子。抗原呈递主要由LCs细胞和DCs细胞驱动。综上所述，位于皮下脂肪组织中的髓系细胞在感染过程中共同驱动促炎细胞因子的表达和抗原呈递。

研究者对T细胞进行重新聚类分群，包括ILC2细胞群、NK细胞群、 T细胞群(426个细胞）和2个独立的γδT细胞簇（推测它们是产生Il-17的Vγ6⁺细胞）。从细胞频率分析来看，NK细胞、ILC2细胞、在T细胞室的发生扩增。有趣的是，Vγ6⁺ cell 1细胞（IFNγ产生）在感染后减少，而Vγ6⁺ cell 2细胞（Il-17a产生）在感染后增加了92倍。接下来，作者研究了在感染期间，脂肪细胞和皮肤中发现的所有T细胞簇之间是否存在一个细胞-细胞通信轴。分析表明脂肪细胞为T细胞的招募和激活提供了一些关键的线索，包括激活因子Cd40、Tnfsf18和Icam1、趋化因子Ccl12、Ccl8和细胞因子Tnf、Il10和Il6。空间转录结果发现脂肪细胞来源的Tnfsf18表达仅限于受感染皮肤的皮下脂肪组织，与表达其同源受体Tnfrsf18的T细胞位置一致。smFISH实验发现Tnfsf18在皮下脂肪组织的实质中表达上调，与脂肪细胞和Tcrd⁺ γδ T细胞相一致。综上所述，感染导致Vγ6⁺ cell 2细胞（Il-17a产生）亚群的局部激活，这一过程可能得到皮下脂肪细胞的辅助。

为了更好地了解皮肤驻留的Vγ6⁺细胞是否参与了与皮下脂肪细胞的通信轴，研究者对Vγ6⁺细胞和脂肪细胞重新进行配体受体介导的细胞-细胞通信分析。结果发现Vγ6⁺细胞表达了几个参与驱动间充质细胞（包括前脂肪细胞）分化和脂质代谢变化的关键基因。为了验证上述假设，研究者构建了双Vγ4/6 T细胞敲除（基于FVB/N遗传背景；Vγ4/6^−/−）感染小鼠，并在整个感染过程中监测寄生虫血症和临床评分。FVB/NJ和Vγ4/6^−/−小鼠在感染过程中的体重没有显著差异，但FVB/NJ小鼠的皮下脂肪组织质量显著减少，而Vγ4/6^−/−小鼠没有，表明Vγ4⁺和Vγ6⁺细胞参与了皮下脂肪消耗。组织学分析表明，与感染的FVB/NJ小鼠相比，Vγ4/6^−/−小鼠表现出更严重的皮肤炎症迹象；感染期间FVB/NJ小鼠的皮下脂肪细胞较未感染的小鼠减少。此外，形态测量分析显示，感染FVB/NJ小鼠皮下脂肪组织内的脂肪细胞明显小于初始小鼠，而感染对Vγ4/6^−/−小鼠的脂肪细胞大小没有显著影响。综上表明，Vγ4⁺和/或Vγ6⁺细胞对于限制皮肤炎症以及驱动皮下脂肪组织消耗至关重要，这一过程可能涉及IL-17信号传递。