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导语

今天给同学们分享一篇热点基因集+单细胞+多数据转录组的生信文章“Single‐cell and bulk characterisation of the distinct immune landscape and possible regulatory mechanisms in coronary plaques vulnerability”，这篇文章于2023年6月14日发表在Clin Transl Med期刊上，影响因子为10.6。

动脉粥样硬化是一种免疫性疾病，可能导致动脉粥样斑块的形成。当动脉粥样斑块变得脆弱或不稳定时，它们可能破裂，并在严重情况下导致心肌梗死或中风。免疫相关基因在免疫浸润中起着重要作用。以前的研究揭示了与临床症状性疾病相比，颈动脉斑块中免疫细胞的明显特征。然而，冠状动脉斑块易损性的免疫相关基因及其调控机制仍不清楚。

作者通过单细胞转录组数据比较了急性冠状动脉综合征（ACS）和稳定型心绞痛（SAP）患者冠状动脉斑块中免疫细胞的异质性，分别对应不稳定和稳定的斑块。此外，重要结果在批量转录组数据中得到验证，并初步探索了转录因子相关的调控机制。从GSE184073获取的冠状动脉斑块中免疫细胞的单细胞分析结果，并将其分为T细胞、B细胞、单核细胞、NK细胞和巨噬细胞五种类型（图1A、B）。SAP组中T细胞更多，而ACS组中单核细胞更多（图1C）。此外，巨噬细胞、T细胞和NK细胞表现出更高的纯度，而B细胞和单核细胞表现出更高的异质性（图1D）。为了进一步研究冠状动脉斑块的调控网络变化，作者使用基因集评估ACS组和SAP组之间的通路差异。有趣的是，单核细胞、巨噬细胞和T细胞显示了多种通路活性的上调，包括免疫学、代谢、信号传导和增殖等不同方面（图1E），这意味着冠状动脉斑块的易损性可能更倾向于重塑这些细胞并诱导特定的功能状态。

图1 免疫景观的解剖和冠状动脉斑块中免疫相关基因（DEIRG）得分的差异

作者获得了426个差异表达的免疫相关基因（DEIRGs）（图1F）。然后作者确定了DEIRGs的活性（图1G），发现单核细胞和T细胞表达了更多的基因（图1H）。由于这些细胞在ACS组中明显失调（图1C），作者进一步对冠状动脉斑块中免疫细胞群集中的T细胞和单核细胞群集中的差异表达基因（DEGs）进行了功能分析，发现富集了抗原处理和免疫应答（图1I-K）以及一些经典的信号通路。单核细胞和T细胞中上调和下调的DEGs的前15个结果可知，这些基因大多与免疫应答有关。

通过统***形逼近和投影降维，由于细胞数量有限，作者无法获得几个T细胞亚型（图2A）。然后作者重建了细胞发育关系，并发现了分化阶段（图2B）。细胞间的通讯数量（配体-受体对）和强度都很高（图2C、D）。作者在冠状动脉斑块中检测到了五个免疫细胞亚型之间的40条显著通路，其中C-C Motif趋化因子配体（CCL）信号通路表现出***多的信号模式，T细胞亚型表现出***多的信号通路（图2E）。此外，作者发现T细胞亚型向NK细胞亚型发送了***多的配体-受体对。此外，T细胞亚型在CCL信号通路中表现出高表达（图2F-H），***显著的配体-受体对是CCL5-CCR1（图2I）。

图2 细胞发育关系和通信

后来，作者使用大规模转录组数据来验证作者的结果。在GSE59867和GSE62646中，人类外周血单个核细胞中共保留了1010个和6373个异常调控的差异表达基因（DEGs）（图3A、B）。有趣的是，冠状动脉斑块中的DEGs的功能分析主要集中在抗原处理和免疫应答方面（图3C、D），这与先前对冠状动脉斑块中单核细胞和T细胞亚型的特征描述一致。由于免疫应答是从单核细胞和T细胞亚型以及大规模DEGs的功能富集分析中得出的重点，作者进一步研究了冠状动脉斑块和人类外周血单个核细胞之间的共同DEIRGs的表达特征。在冠状动脉斑块的不同细胞类型亚型和人类外周血单个核细胞中共鉴定出了39个共同的DEIRGs（图3E）。这些共同的DEIRGs的表达主要在冠状动脉斑块的不同细胞类型亚型中发生异常调控（图3F）。此外，19个常见的差异表达转录因子(DETFs)在人外周血单个核细胞和冠状动脉斑块的T细胞和单核细胞亚型中表达不同（图3G）。这些常见的DETFs的表达情况如图3H、I所示。所有19个DETFs在单核细胞亚型中活跃（图3H），18个DETFs在人外周血单个核细胞中上调表达（图3I）。***，蛋白质相互作用网络表明CEBPB和SPI1可能在可能的调控机制中扮演关键角色，作为中心转录因子（图3J、K）。

图3 人类外周血单个核细胞的大量差异表达基因（DEGs）以及免疫相关基因（DEIRGs）和转录因子调控机制的共同差异表达基因

单细胞RNA测序是一种理想的方法，可以绘制动脉粥样硬化斑块的细胞和分子组成，并有助于寻找新的***免疫治疗方法。由于斑块来源于颈动脉，冠状动脉粥样硬化的机制可能尚未完全阐明。作者在这里提供了冠状动脉斑块的数据，以补充对动脉粥样硬化的研究（图4）。作者使用了10×基因组学的单细胞RNA测序平台，对ACS和SAP患者的冠状动脉斑块中的CD45免疫细胞进行了表征。共鉴定出了五个免疫细胞亚型，并将单核细胞和T细胞视为免疫治疗的目标。作者还在批量转录组数据中验证了作者的结果，并初步探索了转录因子相关的调控机制。

图4 整体研究设计的示意图

总结

总之，作者使用了相对标准的分析流程，揭示了稳定和不稳定冠状动脉斑块中的免疫细胞亚群和它们的转录组特征，并对选定的亚型进行了初步验证和转录调控机制的探索。单核细胞与T细胞之间的相互作用可能增加斑块的易损性，CEBPB参与动脉粥样硬化的转录调控。作者的研究结果为理解冠状动脉斑块易损性的细胞和分子机制提供了重要信息，并可能对动脉粥样硬化治疗有所贡献。

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