单细胞RNA测序揭示腹泻型肠易激综合征患者T淋巴细胞免疫图谱及PLK3/NFKBIZ调控机制

北京中医药大学东方医院团队通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，首次系统解析了腹泻型肠易激综合征(IBS-D)患者外周血T淋巴细胞亚群的分子特征，发现PLK3+ Th2细胞和NFKBIZ+ Th17细胞异常扩增，揭示HIF-1α/NF-κB/IL-17信号通路失调是IBS-D低度炎症的关键机制，为靶向免疫治疗提供新思路。

　　

腹泻型肠易激综合征（IBS-D）作为一种常见的功能性胃肠疾病，以反复腹痛和慢性腹泻为主要症状，严重影响患者生活质量。尽管传统观点认为其属于功能性疾病，但越来越多的证据表明低度肠道炎症和免疫失调在发病中起关键作用。特别是T淋巴细胞介导的免疫反应异常，被认为是连接肠道炎症与脑-肠轴功能障碍的重要桥梁。然而，由于缺乏系统性研究，IBS-D患者外周免疫细胞的分子特征和调控网络仍不明确，这极大限制了靶向治疗策略的开发。

为破解这一难题，北京中医药大学东方医院消化内科团队在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》发表了创新性研究成果。研究人员采用10× Genomics平台对4例IBS-D患者和4例健康对照的外周血单个核细胞(PBMC)进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，结合伪时序分析、细胞通讯网络和SCENIC调控网络分析，并利用新生期母婴分离联合束缚应激的IBS-D大鼠模型进行关键分子验证。

关键技术方法包括：1) 从临床队列获取外周血样本进行scRNA-seq；2) 使用Seurat和Monocle2进行细胞分群和伪时序分析；3) 通过CellPhoneDB解析细胞间通讯网络；4) 应用SCENIC挖掘转录调控网络；5) 采用ELISA和三参数荧光法检测大鼠血清和结肠组织中PLK3和NFKBIZ表达。

3.1 Diverse cell types in IBS-D unveiled by single-cell expression atlas
研究团队首先绘制了IBS-D患者的免疫细胞全景图谱，从45,649个细胞中鉴定出T淋巴细胞(69%)、NK细胞(27.6%)、B细胞(3.2%)和单核细胞(0.2%)四大类。值得注意的是，IBS-D组T淋巴细胞比例增加18.6%，且通过差异基因分析发现WDFY4⁺ B细胞、S100A12⁺单核细胞等新型标记物。

3.2 Distinct transcriptomic signatures of T lymphocytes in IBS-D
深入分析显示T淋巴细胞可细分为20个亚群，包括CD4⁺ na?ve T细胞(SELL⁺)、Th2(PLK3⁺)、Th17(S1PR1⁺)、γδ T细胞(IGKC⁺)等。其中PLK3⁺ Th2细胞在IBS-D中显著扩增，而CD8⁺效应T细胞(IFNG⁺)比例下降，提示Th2/Th17失衡可能是IBS-D的特征性改变。

3.3 Dynamic gene expression profiles in IBS-D
伪时序分析揭示CD4⁺ T细胞分化轨迹中，NF-κB信号通路和T细胞受体(TCR)信号通路显著激活；而CD8⁺ T细胞则呈现HIF-1α和IL-17信号通路异常。特别发现PLK3在分化晚期细胞中高表达，可能通过调控PD-1/CTLA-4等免疫检查点分子影响T细胞功能。

3.4 Intercellular T lymphocytes communication in IBS-D
细胞互作分析显示NK_C01_KLRC1亚群与CD8⁺效应T细胞(PRF1⁺)存在强烈相互作用，涉及KLRK1-HLA-B等受体-配体对。而Th2细胞(PLK3⁺)与记忆T细胞(ELK3⁺)通过SEMA4D-PTPRC信号轴建立通讯网络。

3.5 The key transcription factors as a driver for IBS-D
SCENIC分析发现IRF1和CREM转录因子在多个T细胞亚群中活跃，形成四个特征性调控模块。其中POLR2A和FOS在CD4⁺ na?ve T细胞中活性最高，而REL在效应记忆T细胞中特异性激活。

3.6 IBS-D rats reveals potential markers for IBS-D treatments
动物实验证实IBS-D大鼠结肠中存在CD4⁺GATA3⁺ PLK3⁺细胞，且血清和结肠组织中PLK3与NFKBIZ表达显著升高(p<0.0001)，与单细胞结果相互印证。

这项研究首次在单细胞分辨率上描绘了IBS-D的免疫特征图谱，提出"PLK3⁺ Th2细胞通过NFKBIZ促进Th17分化"的新机制，将HIF-1α/NF-κB/IL-17信号网络异常与IBS-D发病联系起来。发现的PLK3和NFKBIZ不仅可作为诊断标志物，其调控的FOS信号通路更为开发新型免疫调节剂提供了精确靶点。尽管样本量限制和肠道局部免疫微环境未直接检测等局限存在，但该研究为理解IBS-D的免疫机制开辟了新视角，对推动精准诊疗具有重要意义。