复发性流产患者人体蜕膜免疫微环境的单细胞分析

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前言

题目：Single-cell profiling of the human decidual immune microenvironment in patients with recurrent pregnancy loss
日期：2021-01-04
期刊：cell discovery
DOI：https://doi.org/10.1038/s41421-020-00236-z

摘要

复发性流产 (RPL)，定义为连续两次或多次妊娠失败，影响多达 5% 的备孕女性，RPL 的已知原因包括遗传异常、内分泌失调、子宫畸形等。有研究表明，蜕膜免疫微环境的异常可能与RPL的发病机制有关。然而，蜕膜免疫微环境失调导致 RPL 的潜在机制仍不清楚。

蜕膜（decidua）是受精卵着床之后，在孕激素作用下，经历增厚和血供增加过程的子宫内膜。母胎界面的蜕膜免疫细胞主要由自然杀伤 (NK) 细胞、巨噬细胞、T 细胞和多种少数细胞类型（如树突状细胞、NKT 细胞等）组成。

本文从复发性流产 (RPL) 患者和健康对照中分离出 18,646 个人类蜕膜免疫细胞，发现与正常蜕膜免疫微环境相比，RPL 患者的免疫细胞亚群分布存在显著差异。另外还构建了蜕膜免疫微环境中主要细胞类型之间的疾病特异性相互作用网络。

RPL患者蜕膜免疫细胞图谱

获得了 24 个具有正常胚胎核型的人类妊娠早期蜕膜样本：9 个来自 RPL 患者，15 个来自健康对照。患者和健康对照的年龄为 21-39 岁。对照组的平均孕周为 7.24 周，RPL 患者为 8.50 周。9 名 RPL 患者中有 4 名经历了 3 次流产，5 名经历了 2 次。

经过质控过滤后总共保留了 18,646 个高质量 CD45 +细胞转录组。其中，8504 个细胞来自 RPL 患者，10,142 个细胞来自正常对照。

聚类分群得到11个cluster，利用biomarker进行注释，得到包括 NK 细胞、巨噬细胞、T 细胞、树突细胞、NKT 细胞和免疫祖细胞。

然后看细胞比例，NK 细胞的比例没有明显差异，但 RPL 患者的巨噬细胞数量减少并且略有增加T细胞。 为了验证这一结果，又使用流式细胞法测量了更多的样本：选取RPL 患者（n = 23）和健康对照（n = 24）队列看 NK、巨噬细胞和 T 细胞的分布。结果也是NK 细胞的比例略有增加，但巨噬细胞显著减少。

RPL 患者的一部分血管生成 dNK 细胞减少

由于 dNK 细胞是蜕膜免疫微环境中最丰富的细胞类型，作者最初探索了 dNK 细胞亚群及其在母胎的功能。

鉴定了三个已知的 dNK 细胞亚群：CD39⁺ CD18^- CD103^-(dNK1)、CD18⁺ CD103^- CD39^-(dNK2)和CD18⁺ CD103⁺ CD39^-(dNK3)，以及一组增殖的自然杀伤细胞细胞（dNKp）。

虽然RPL 患者和健康对照之间的总 dNK 细胞比例没有显著差异，但dNK 细胞亚群比例存在明显差异（图C）：RPL患者的dNK1细胞显著减少，而dNK2细胞略有增加，dNK3细胞显著增加

为了研究这三个 dNK 细胞亚群的不同功能，做了差异分析和富集分析，发现血管生成素受体 Tie2 介导的信号通路的基因在 dNK1 细胞亚群中富集，该信号通路的 24 个基因的表达水平升高。

关于dNK2 和 dNK3 细胞亚群，这些细胞具有相似程度的染色质可接近性，并且具有一些相似的基因表达谱。dNK2和dNK3细胞都高度富集细胞因子介导的信号通路。

综上， dNK1 细胞具有支持胚胎生长的活性，而 dNK2 和 dNK3 细胞易于分泌细胞因子。

接下来，检查了 RPL 患者和健康对照中 NK 细胞亚群的功能差异，发现来自 RPL 患者的三个 dNK 细胞亚群中细胞因子介导的信号通路总体增强。ATAC-seq、scRNA-seq 数据和流式细胞分析也证实了这个发现，进一步支持 dNK 细胞在 RPL 蜕膜中促进炎症环境的作用。

此外，发现 dNK1 细胞中 LILRB1 的表达略有下降，表明 dNK1 细胞与 EVT 之间的相互作用在疾病条件下减弱。

总的来说，这些结果表明，在 RPL 蜕膜中，dNK 细胞的正常血管生成功能减弱，伴随着发挥促炎 dNK 功能的细胞的增强。

发育轨迹推断

研究了蜕膜中 dNK 细胞分化过程中三个 dNK 亚群的发育轨迹，发现三个发育分支，其中 dNKp 分化为 dNK1 细胞（路径 1）和 dNK2 和 dNK3 细胞的两个不同分支（路径 2 和路径 3）。还确定了一种分化途径：dNK2 样细胞具有明显的转化为 dNK1 细胞的趋势（路径 T）

巨噬细胞增强 RPL 患者的细胞因子介导的通路

巨噬细胞是继dNK之后最丰富的白细胞，这里研究了巨噬细胞在蜕膜免疫微环境中的细胞异质性。

从总共 3406 个巨噬细胞转录组中检测到两个巨噬细胞亚群：mac1 和 mac2，RPL 患者的整体巨噬细胞数量显著减少。RPL 患者与健康对照相比，mac1 数量略有升高，mac2 数量显著减少。

T 细胞亚群及其与巨噬细胞的相互作用

接下来研究了来自 RPL 患者和健康个体的 T 细胞的异质性。确定了三个 T 细胞亚群，包括 CD4⁺ T、CD8⁺ T 和 FOXP3⁺ 调节性 T 细胞。来自 RPL 患者的 T 细胞中细胞因子介导的信号通路总体增强。

使用CellPhoneDB进行细胞通讯，发现参与“positive regulation of T cell chemotaxis”的TNFSF14-TNFRSF14、TNFSF14-LTBR和CCL5-CCR1受体/配体对在RPL患者中增强。说明RPL 疾病状态下的巨噬细胞不是 dNK 细胞，而是倾向于与 Th1-like T 细胞相互作用

往期回顾

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