Nature Metabolism：人胰岛的单细胞多组学分析揭示了 1 型糖尿病的新细胞状态

2022年2月，宾夕法尼亚大学等单位的相关研究人员在《Nature Metabolism》上发表了题为“Single-cell multi-omics analysis of human pancreatic islets reveals novel cellular states in type 1 diabetes”的研究论文，提供了数百万个胰岛单细胞的综合图谱，并开发了一种先进的综合分析策略来评估胰岛和识别典型细胞类型。

为了揭示 T1D 期间胰腺组织中发生的分子扰动，研究人员从24 个T1D、自身抗体阳性（AAb⁺）和非糖尿病（对照）器官供体的胰岛构建了约 80,000 个单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 文库，成功识别了主要的内分泌和外分泌细胞类型以及胰腺免疫细胞。细胞类型之间的转录组差异推动了主要细胞分支的分离，并且供体状态在细胞类型内进一步分离。研究人员进一步比较AAb⁺ 和 T1D 细胞的转录组差异，发现二者相比于对照组都表现出显著的转录变化，且二者供体在内分泌和外分泌细胞类型上有着部分共同的转录组学变化。

使用单细胞 RNA 测序识别人类胰腺细胞类型

本研究供体中，只有一个没有T1D病史的供体表达两个胰岛AAb，而其他血糖正常的AAb⁺供体为抗谷氨酸脱羧酶（GAD）AAb阳性。接下来，研究人员关注了GAD⁺供体中胰岛的转录情况，并探究GAD⁺供体中转录特征与GAD滴度密切相关的细胞类型。结果表明，Beta-1 细胞是其转录输出与抗 GAD 水平相关的顶级细胞类型，表明血糖正常的AAb⁺个体中转录组的动态景观。

GAD⁺供体中 Beta-1 细胞的基因特征与供体的抗 GAD AAb 滴度相关

T1D 的主要遗传易感性决定因素已被映射到 MHC II 类基因。研究人员使用scRNA-seq 数据，发现MHC II 类基因在T1D导管细胞中富集。树突状细胞（DC）是表达MHC II类蛋白的主要专业抗原呈递细胞（APC）之一，具有摄取抗原和向T细胞呈现加工表位的显著功能，从而通过激活或抑制T细胞来调节适应性免疫应答。考虑到树突状细胞中抗原呈递需要MHC II类蛋白，研究人员评估了T1D导管细胞和常规树突状细胞的转录谱之间是否有任何其他相似之处。发现在T1D供体的Ductal-2细胞中DC1基因标记高度显著富集，

为了激活T细胞，DC需要同时表达MHC II类蛋白和共刺激蛋白CD80和CD86。在缺乏CD80和CD86的情况下，DC的抗原呈递可导致耐受和T细胞抑制。研究人员发现CD80和CD86在T1D导管细胞中不表达，表明T1D供体中这些DC样导管细胞缺乏共刺激信号。因此，T1D导管细胞可能作为诱饵受体，在胰腺免疫入侵过程中诱导耐受，从而使CD4⁺T细胞失活。

单细胞 RNA-seq 分析能够识别表达 MHC II 类的导管细胞，其与 T1D 中的树突状细胞具有转录相似性

研究人员最后通过两种高通量技术——约7,000,000个细胞使用飞行时间流式细胞术（CyTOF）、约1,000,000个细胞使用成像型质谱流式系统（IMC），验证了基于转录组学的 T1D 导管细胞上 MHC II 类基因表达的发现。研究人员使用 CyTOF鉴定了一组表达 HLA-DR 的导管细胞，HLA-DR 是一种由人类白细胞抗原 (HLA) 复合物编码的 MHC II 类蛋白。scRNA-seq和 CyTOF 鉴定具有 MHC II 类分子的导管细胞强烈证实了该群体在 T1D 中的频率增加。研究人员通过IMC在胰腺组织中的解剖和空间特征，研究独立于胰岛培养的胰腺组织中的这些导管细胞。IMC 通过分析直接从天然人类胰腺固定的组织来保留空间信息，量化的 33 种蛋白质的表达水平结果证实了表达 MHC II 类基因的导管细胞主要存在于 T1D 供体中。

三种基于单细胞分辨率蛋白的方法证实了在 T1D 中存在表达 MHC II 类基因的导管细胞

总之，该研究从转录组学到导管细胞空间蛋白质组学的多模式单细胞测量表明，导管细胞在转录上与耐受性DC相似，这意味着这些外分泌细胞在调节长期T1D中的T细胞活性方面发挥着未被重视的作用。AAb⁺ 个体胰腺细胞中的分子表型变化将促进我们对 T1D 中发生的早期胰腺扰动的理解。