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1篇《Nature》、2篇《Cell》,重磅揭示CyTOF技术在类自身免疫病中的应用趋势

1篇《Nature》、2篇《Cell》,重磅揭示CyTOF技术在类自身免疫病中的应用趋势

  • 分类:华盈视角
  • 作者:柳荫
  • 来源:华盈生物公众号

【概要描述】“细胞因子+免疫细胞+自身抗体”已经成为高分研究热点

1篇《Nature》、2篇《Cell》,重磅揭示CyTOF技术在类自身免疫病中的应用趋势

【概要描述】“细胞因子+免疫细胞+自身抗体”已经成为高分研究热点

  • 分类:华盈视角
  • 作者:柳荫
  • 来源:华盈生物公众号
  • 发布时间:2024-02-05 14:05
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自身免疫病的研究如火如荼,目前已有近百种自身免疫疾病被发现,然而近百种自身免疫病的发病机制和症状皆有不同,探究自身免疫病的机制是推进疾病研究的重要任务。当前自身免疫病研究手段主要是通过检测自身抗体的异常表达或细胞因子的紊乱来阐述发病机制。但是细胞因子和自身抗体作为体内功能的行使者,无法完整描述疾病发展的过程,因此我们需要一项高通量技术对分泌细胞因子和自身抗体的免疫细胞进行研究。以实现对细胞因子+免疫细胞+自身抗体的全面研究。

本次华盈生物将会解析3篇顶刊的研究思路,以期帮助各位老师在了解新技术如何结合使用的同时,帮助各位老师拓宽思路,取得更好的成果。

|   案例一:多组学绘制唐氏综合征患者外周免疫图谱

唐氏综合征 (Down's syndrome, DS)患者在临床中极易受到疾病感染,同时也会出现自身免疫症状。但是目前针对DS患者体内免疫细胞的研究较少,无法解释唐氏综合征患者的免疫变化。本文首先分析了DS患者和健康对照间细胞因子的差异,DS患者体内的存在22个细胞因子出现了2000倍的上调,其中包括IL-1β、IL-4TNFβ、IL-6,在相隔数月后的检测中结果依然如此(图1A)。这种细胞因子恒定且巨大的差异可能会促进免疫细胞的分化,因此作者通过质谱流式(Mass Cytometry,CyTOF)对患者体内的免疫细胞进行了分析。结果显示DS患者体内的T细胞倾向于效应状态,同时pSTAT3信号也出现了显著上调,而研究人员在使用IL-6受体拮抗剂处理后,CD4+ T细胞的活化被完全消除。与此同时,CyTOF还发现了CD11c+B细胞向浆母细胞分化的过程(图1B)。CyTOF的检测结果不仅帮助我们发现了可能存在的治疗靶点(IL-6),也揭示了自身免疫细胞的动态变化。浆母细胞的增加引起了作者对DS患者自身抗体的关注,作者最后使用人类蛋白组芯片对DS患者自身抗体进行分析,发现365个自身抗体在DS患者体内出现显著差异,且程度与自身免疫疾病相似(图1C)。

这项研究通过多组学技术对DS患者的外周血样本进行了检测,发现了DS患者体内免疫细胞的动态变化,同时使用细胞因子和自身抗体的将免疫细胞的研究深入到下一阶段。完善的研究让唐氏综合征的外周免疫环境浮出水面。

图1 唐氏综合征患者细胞因子、免疫细胞和自身抗体检测

|   案例二:儿童多系统炎症综合征和COVID-19的自身免疫研究

儿童多系统炎症综合征(MIS-C)是COVID-19感染的并发症,其与COVID-19患者临床表现相似,但免疫机制差异尚不清楚。研究人员首先针对MIS-C和COVID-19感染患者血浆中的92种细胞因子进行了检测,发现了MIS-CCOVID-19感染中可用于区分两种疾病的细胞因子,如CXCL5CXCL11IL-17AIL-6等(图2A)。同时作者使用CyTOF对两种患者外周血中的免疫细胞进行了表型分析,虽然大多数细胞亚群出现了相似的表达情况,但是依然存在关键免疫细胞的状态(CD4+ T细胞、CD8+ T细胞等)发生了显著的改变。COVID-19感染时,体内的T淋巴细胞逐渐从初始状态转变为效应状态,甚至部分已经进入了耗竭期,这种细胞状态的改变可以方便我们理解这两种疾病发生时机体中的免疫变化(图2B)。之后研究人员通过人类蛋白组芯片对MIS-C患者血浆的自身抗体进行检测,发现了189IgG自身抗体和108IgA自身抗体出现了显著的变化,其中也包含了一些以往并没有被发现与自身免疫疾病存在关联的抗体,对应抗原呈现了多种组织特异性的表达(图2C),以上差异表达的自身抗体在以后的研究中也可以进行大队列验证,逐渐向疾病标志物、治疗靶点转化。

图2 MIS-C患者细胞因子、免疫细胞和自身抗体检测

|   案例三:先天免疫缺陷患者的机制研究

先天免疫缺陷病是一种常见的遗传疾病,因体内基因变异导致患者的易感性增加。研究人员通过对四名患者进行遗传分析,发现他们的TBK1存在纯合子功能缺失突变,同时机制研究的结果证明TNF驱动的RCD是TBK1缺失时自身炎症的主要来源。接着研究人员通过CyTOF发现了免疫缺陷患者外周血中多种细胞类型的非特异性炎症特征,如CD4+ T细胞中PD-1和CD57的高表达,这预示着T细胞向效应和耗竭方向的转变;与健康对照相比,单核细胞、mDCs和NK细胞也显示出增强的信号转导(图3A)。同时Luminex的检测结果也描绘了患者体内非特异性细胞因子的特征(图3B)。

本文阐述了TBK1调节IFN-I、NF-κB、TNF诱导的RIPK1依赖性细胞死亡在先天免疫缺陷患者发病过程中的重要作用。CyTOF和细胞因子的检测也描绘了患者体内非特异性炎症细胞的特征,完善了机制研究。

图3 先天性免疫缺陷患者细胞因子和免疫细胞检测

|   总结与讨论

“细胞因子+免疫细胞+自身抗体”已经逐渐成为自身免疫病的热门研究模式,高通量的检测让患者体内微环境变得清晰可见。除自身免疫病外,多数疾病的发生同样伴随着免疫细胞和自身抗体的变化。无论是癌症中的机制探索,还是免疫药物的开发,或是血液标志物的发现都需要对免疫细胞和自身抗体的高通量检测,这样的一个技术组合在机制研究中拥有举足轻重的地位。华盈生物可提供“细胞因子+免疫细胞+自身抗体”的组合检测,帮助您发现关键机制,加速科研进程。

|   相关文献

1. Malle L, Patel RS, Martin-Fernandez M, et al.Autoimmunity in Down's syndrome via cytokines, CD4 T cells and CD11c+ B cells. Nature. 2023 ;615(7951):305-314. 

2. Gruber CN, Patel RS, Trachtman R, et al.Mapping Systemic Inflammation and Antibody Responses in Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C). Cell. 2020 ;183(4):982-995.e14.

3. Taft J, Markson M, Legarda D, et al.Human TBK1 deficiency leads to autoinflammation driven by TNF-induced cell death. Cell. 2021 ;184(17):4447-4463.e20.

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