单细胞数据资源 | Nature子刊：『中性粒细胞』稳态和炎症状态下的单细胞发育和异质性图谱

2020年7月，来自中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）、哈佛大学医学院、北京大学生命科学学院等机构的研究人员在《Nature Immunology》发表了其最新研究成果，利用scRNA-seq技术系统性地描绘了中性粒细胞在稳态和炎症状态下成熟、分化和命运决定过程中的异质性群体和转录组动态变化，为进一步研究中性粒细胞提供了有价值的参考数据资源。

为什么要研究中性粒细胞的异质性？

中性粒细胞是宿主抵御入侵细菌等病原体的第一道防线：中性粒细胞在炎症刺激下从循环血液中迁移到受感染的组织，在那里它们通过吞噬、杀死和消化细菌和真菌病原体来保护宿主。

然而，中性粒细胞群不是同源的，中性粒细胞的分类传统上依赖于形态学、表面标记物表达或梯度分离，虽然简单而稳健，但并不能捕捉到完整的中性粒细胞间隔序列。因此，目前关于完整的中性粒细胞异质性和分化情况仍然不清晰，阻碍了中性粒细胞研究的发展。

用scRNA-seq解析中心粒细胞异质性

单细胞转录组测序（scRNA-seq）是研究免疫细胞异质性的有力工具。研究人员以单细胞分辨率分析了小鼠骨髓（BM）、外周血（PB）和脾脏中的中性粒细胞群，并完成了首个在健康和大肠杆菌感染宿主中分化和成熟中性粒细胞转录状态的综合参考图谱。

经过严格质控，研究人员得到19,582个高质量细胞，每个细胞平均分析了1,241个基因。将分化中性粒细胞和成熟中性粒细胞划分为八个聚类（G0–4和G5a–c）。G0–4主要源自BM，代表中性粒细胞在BM中分化，而G5a–c主要源自外周组织样本。

研究人员还针对颗粒蛋白、细胞周期、杀菌功能等方面，详细解析了每个群体的特征，并结合流式细胞标记等方法验证了这些群体的存在。

根据颗粒蛋白基因在亚群之间表达的异质性，研究团队提出了颗粒蛋白产生的“分选假说”（sorting mechanism），并通过转录调控网络分析鉴定出了中性粒细胞发育过程中特异上调的新转录因子。

三种成熟的外周血中性粒细胞亚群（G5a、G5b和G5c），来自不同成熟的骨髓中性粒细胞亚群，它们代表具有典型多形核形态的最成熟中性粒细胞，分别命名为PMNa、PMNb和PMNc。它们是三个转录上不同的成熟中性粒细胞亚群，可能具有不同的功能。

在已知和不具特征的转录因子的驱动下，中性粒细胞在转录过程中逐渐获得了杀灭微生物的能力，代表了对有效但平衡的中性粒细胞反应进行微调调节的进化机制。细菌感染会重新规划中性粒细胞群体的遗传结构，改变亚群和启动中性粒细胞之间的动态转换，以增强功能而不影响整体异质性。

研究数据

此项研究中产生的所有测序数据已保存在GEO数据库，数据编号：GSE137540。本研究中使用的公开数据来自GEO：GSE70245 (ref.25)、GSE109467 (ref.26)、GSE117129(ref.27)、GSE92575(ref.13)和GSE120409(ref.29)。为了将本研究中具有差异性的中性粒细胞群与proNeu人群进行比较，研究人员还使用了ref.30中的数据（由L. G. Ng提供）。

参考文献
Xie, X., Shi, Q., Wu, P. et al. Single-cell transcriptome profiling reveals neutrophil heterogeneity in homeostasis and infection. Nat Immunol(2020). https://doi.org/10.1038/s41590-020-0736-z.
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