还在用传统分类？Nature子刊揭示这类细胞异质性广泛存在！
中性粒细胞，是宿主抵御入侵细菌等病原体的第一道防线。发生炎症反应时，中性粒细胞从血液循环中迁移到受感染的组织，吞噬并杀死细菌和真菌病原体来保护宿主。但是，随着细胞的分化和成熟，以及进出毛细血管时机械诱导的细胞反应，会产生不同功能的中性粒细胞亚群，促成中性粒细胞异质性。
目前传统上中性粒细胞的分类依赖于形态学、表面标志物或梯度分离，并不能很好地体现中性粒细胞的异质性以及细胞功能，需要进一步明确其中机理，这也对相关疾病的治疗至关重要。
2020年7月27日，中国医学科学院血液学研究所、北京大学和哈佛大学医学院等单位合作完成的最新研究成果“Single-cell transcriptome profiling reveals neutrophil heterogeneity in homeostasis and infection“在 Nature Immunology （IF= 20.479）杂志上在线发表。
研究人员通过流式细胞术（FACS），从小鼠稳态下的骨髓、外周血和脾脏中进行Gr1+细胞的分选（骨髓中同时进行c-kit+分选），并通过10X Genomics平台进行单细胞转录组建库测序，获得19,582个高质量的细胞，平均每个细胞捕获1,241个基因，在所有细胞中共捕获到18,269个基因，聚成了分化中性粒细胞和成熟中性粒细胞8个细胞群（图1b）。G0–4主要起源于骨髓组织，拟时间序列分析结果显示G0-G2处于分裂阶段的亚群，G3-G4为分裂后较成熟亚群。细胞群间共确定了2,922个差异表达基因和24个区分每个亚群的特征基因（图1e）。
研究人员分析了颗粒蛋白基因在不同亚群之间的差异表达，发现颗粒蛋白属于一类在分化过程中RNA表达下降而蛋白表达保持相似的蛋白，这可能表明蛋白质在各种颗粒中的存储或隔离。通过对分化和成熟的中性粒细胞群的转录因子网络进行分析，鉴定出一些在中性粒细胞发育过程中的上调转录因子。通过FACS技术等方法验证了这些细胞群的存在以及亚群比例，结果与单细胞转录组测序分析一致。
图1 稳态下骨髓、外周血、脾脏的单细胞RNA测序分析
然后，研究人员将单细胞转录组测序定义的细胞群体与经典形态学分群整体（来自骨髓组织经过FACS分选并进行bulk测序和分析）进行比较分析，发现单细胞转录组测序鉴定的分子标记在bulk转录组测序中也能检测到，反应了两者有较高的相关性，而且单细胞转录组测序能鉴定出形态学相同而转录组表达有差异的细胞群体，能够更好地认识到骨髓中性粒细胞的异质性。另外，单细胞转录组测序定义的中性粒细胞亚群与已有研究定义的中性粒细胞亚群也有较好的相关性。
进一步，研究人员对外周血和脾脏组织的细胞群进行了分析，发现外周血和脾脏组织主要包含了三个主要的不同转录特征的成熟中性粒细胞群（G5a、G5b、G5c），并被命名为PMNa、PMNb和PMNc，它们具有最典型的多形核的细胞形态。通过RNA velocity分析发现PMNa主要来自骨髓的G3和G4细胞群，PMNb来自骨髓的G4细胞群，细胞轨迹分析发现PMNa和PMBb可以逐渐发育成PMNc。大肠杆菌攻击的脾脏组织中，PMNb细胞的百分比显著增加，通过研究PMNb在脾脏切片的空间分布发现，PMNb有特殊的空间位置，进一步说明这个亚群的独特性。
最后，研究人员还分析了细菌感染对中性粒细胞发育及亚群的影响。对急性腹膜炎小鼠的骨髓、外周血、脾脏及感染部位的中性粒细胞进行单细胞RNA测序和分析，分析结果发现细菌感染后细胞群体同稳态条件下一样，但样本中细胞群比例发生了变化，如：如稳态下G5c 占外周血来源的细胞比例的25%，细菌感染下占比<10%，与病原体清除相关的基因均被上调，防御反应相关的相关转录因子网络上调和代谢转录因子网络下调等。这些结果说明细菌感染后中性粒细胞为增加功能，可重编程中性粒细胞种群的遗传结构，改变亚种群和原始中性粒细胞之间的动态过渡，而不会影响整体异质性。
图2 中性粒细胞亚群在稳定状态和细菌感染条件下的动态过渡
这项研究通过单细胞转录组测序分析了超过25,000个分化和成熟的小鼠中性粒细胞，提供了中性粒细胞在其稳态和细菌感染状态下成熟、分化和命运决定等过程全面的转录组变化情况，整合了领域内已有的关于中性粒细胞异质性分类，这些数据为进一步研究中性粒细胞相关疾病机制、生物标志物和靶向治疗建立了参考模型和总体框架。
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https://www.nature.com/articles/s41590-020-0736-z
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