单细胞分析揭示人类镍过敏中不同细胞群体的动态变化

《Allergy》：Single Cell Analysis Reveals Dynamic Changes of Distinct Cell Populations in Human Nickel Allergy

本研究通过单细胞RNA测序（scRNA-Seq）和免疫荧光技术，首次系统揭示了人类镍（Ni2+）过敏反应中早期（8小时）和晚期（72小时）阶段的关键细胞群体及其动态变化，发现内皮细胞（EC）、角质形成细胞（KC）、树突状细胞（DC）和成纤维细胞是早期应答主体，而中央记忆T细胞（TCM）的浸润是晚期反应的核心特征，为金属过敏性接触性皮炎（ACD）的机制研究和治疗策略提供了新见解。

　　

引言

接触性超敏反应（CHS）是T细胞介导的迟发型超敏反应的经典模型，其中对金属离子镍（Ni²⁺）的过敏是最相关的CHS之一，即过敏性接触性皮炎（ACD）。镍过敏的发生分为两个阶段：在致敏阶段，初次接触过敏原导致皮肤驻留细胞的激活和金属反应性T细胞的形成；在激发阶段，这些T细胞在接触后72小时内发动免疫反应，导致临床上明显的湿疹。金属超敏反应的启动涉及两种主要机制：直接或间接激活先天免疫受体（如Toll样受体4，TLR4），以及通过NLRP3炎症小体进行条件性先天免疫激活。然而，介导这些反应的细胞类型尚不清楚，同时也不清楚激发阶段主要是由循环金属反应性T细胞的浸润主导，还是组织驻留记忆T细胞（T_RM）也参与其中。

方法

研究选取了三名对Ni²⁺致敏但对重铬酸盐（Cr₂O₇^2?）阴性的人类捐赠者，在其臀部皮肤上使用封闭式Finn小室进行表皮暴露，分别给予稀释剂（凡士林对照）8小时、5%硫酸镍（NiSO₄）8小时和72小时。此外，一名捐赠者还接受了0.5%重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）8小时和72小时的处理作为阴性对照。通过穿刺活检获取样本，并进行多重单细胞RNA测序（scRNA-Seq）分析。数据预处理使用10× Genomics Cell Ranger进行质量控制、映射到GRCh38、条形码处理和唯一分子标识符（UMI）计数，并使用Seurat（v5）进行单细胞分析。细胞类型注释通过差异表达的典型标记基因和蛋白质图谱数据库的公开数据进行手动确定。

结果与结论

皮肤细胞簇的组成

通过scRNA-Seq分析，共鉴定出29,021个细胞，分为34个簇，可归类为五个主要群体：T细胞、成纤维细胞、角质形成细胞（KC）、内皮细胞（EC）和树突状细胞（DC），以及三个较小的群体：平滑肌细胞（SMC）、黑素细胞/神经元细胞和粒细胞。统计评估显示，在镍暴露8小时后，KC和EC的数量增加；而在72小时后，T细胞和DC的数量显著增加。这些变化在重铬酸盐暴露的样本中未出现，表明其特异性于镍过敏。

早期应答细胞类型

基因表达模式比较显示，在镍刺激8小时后，只有EC、KC、DC和成纤维细胞表现出显著数量的差异表达基因（DEG）。进一步亚群分析发现，CCR7⁺ DC、TAGLN^? EC、KRT16⁺ KC和IL6^lo成纤维细胞是介导早期镍反应的主要亚群。

树突状细胞亚群的动态变化

DC亚群中，CCR7⁺ DC在8小时后出现显著转录变化，而CCR7^? DC在72小时后贡献更多。其中，簇27（CCR7⁺ DCN⁺）是早期镍特异性反应的主要DC亚群，几乎仅在8小时样本中出现；簇12（CCR7^? CD163⁺）则在72小时后显著增加，主要为DC3细胞。这些DC亚群表达TLR4及其共受体LY96（MD2），并诱导NFκB靶基因如IL6和IL1A的表达。

内皮细胞和角质形成细胞的早期激活

TAGLN^? EC（簇16）和KRT16⁺ KC（簇11）是早期镍反应的主要亚群，表现出NFκB靶基因（如CXCL8）的诱导。EC簇16显示TLR4/LY96共表达，而KC簇11则缺乏TLR4 mRNA，提示其炎症反应可能由EC来源的细胞因子（如IL6）间接激活。CellChat分析进一步揭示了EC簇16与KC簇11之间通过IL6信号潜在的相互作用。

T细胞应答的特征

早期镍暴露并未引起T细胞的显著转录变化，但在72小时后，CD4⁺和细胞毒性T细胞均表现出大量DEG上调和下调。T细胞数量在72小时后显著增加，主要是由KLF2⁺中央记忆T细胞（T_CM）的浸润驱动。这些细胞表达T_CM标志物CCR7和SELL（CD62L），而T_RM标志物CD69和ITGAE（CD103）的表达较少。免疫荧光染色证实，在镍暴露72小时后，皮肤中KLF2⁺ CD3⁺ T细胞大量浸润，且这一现象在镍致敏患者中特异出现，而在非致敏个体中未见。

讨论

本研究首次通过单细胞转录组分析揭示了人类镍过敏中的关键细胞群体和动态变化。早期反应由TLR4⁺ LY96⁺ EC启动，并通过细胞因子间接激活TLR4^? KC，从而放大炎症反应。DC亚群中，CCR7⁺ DCN⁺簇27和CCR7^? CD163⁺簇12分别介导早期和晚期的免疫调节和T细胞激活。晚期反应的核心是KLF2⁺ T_CM的浸润，而非T_RM，这表明镍过敏的激发阶段主要由循环记忆T细胞的招募和分化驱动。这一发现不仅深化了对金属过敏机制的理解，也为开发针对特定细胞群体的治疗策略提供了新的方向。