单细胞eQTL分析揭示免疫相关疾病中遗传调控与免疫应答的跨条件特征

本研究通过单细胞eQTL分析技术，系统解析了152份健康个体样本在BCG疫苗接种和LPS刺激下的免疫应答特征。研究人员发现LCP1基因的eQTL与训练免疫个体差异相关，揭示了ADCY3在肥胖中的单核细胞特异性调控机制，并通过整合COVID-19患者多组学数据阐明了SLFN5的抗病毒作用。该研究为理解免疫疾病的遗传基础提供了新范式，相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

在免疫学研究领域，一个长期存在的关键问题是：遗传变异如何通过调控基因表达影响免疫相关疾病的发生发展？尽管全基因组关联研究(GWAS)已鉴定出大量疾病相关位点，但约90%位于非编码区，其功能机制仍不清楚。更复杂的是，基因表达具有高度细胞类型特异性和环境依赖性，传统批量RNA测序难以捕捉这种时空异质性。这些问题严重制约了从遗传变异到疾病表型的机制解析。

德国感染研究中心(Centre for Individualised Infection Medicine, CiiM)与汉诺威医学院的研究团队在《Nature Communications》发表创新研究。该团队利用单细胞表达数量性状位点(sc-eQTL)分析方法，系统绘制了健康个体在基线状态、脂多糖(LPS)刺激以及卡介苗(BCG)疫苗接种前后等不同条件下的免疫细胞基因调控图谱。研究整合300BCG队列的152份样本数据，涵盖单核细胞、T细胞等7种主要免疫细胞类型，通过创新的多组学整合策略揭示了免疫应答的遗传调控机制。

关键技术方法包括：1) 对38名健康志愿者进行BCG疫苗接种前后PBMC采样，建立包含基线、LPS刺激等4种条件的单细胞转录组数据集；2) 采用线性混合模型(LMM)分析细胞类型特异性eQTL；3) 整合ATAC-seq染色质可及性数据和转录因子结合亲和力预测；4) 结合COVID-19患者队列(scRNA-seq和scATAC-seq)进行验证分析；5) 应用孟德尔随机化(SMR)和共定位分析(COLOC)解析疾病关联。

【训练免疫eQTL揭示LCP1的调控作用】

通过比较BCG疫苗接种前后LPS刺激的差异，研究发现单核细胞中LCP1基因的eQTL(rs2806897)与训练免疫(TI)效应相关。携带rs2806897-T等位基因的个体表现出更高的LCP1表达变化倍数(FC)和IL-6细胞因子反应。该位点与mTOR、Akt等TI相关通路显著相关，提示LCP1可能通过调节这些通路影响训练免疫效果。

【单核细胞特异性eQTL解析肥胖机制】

研究发现ADCY3基因在单核细胞中的表达与肥胖显著相关。rs11687089-C等位基因携带者单核细胞ADCY3表达升高，孟德尔随机化分析显示该基因通过单核细胞特异性调控影响体重指数(BMI)和肥胖风险(PP4>0.9)。这为ADCY3在能量代谢中的作用提供了新视角。

【转录因子结合亲和力调控CD55表达】

研究揭示rs2564978-C等位基因通过增强SPI1、STAT1等转录因子结合，特异性上调单核细胞中CD55表达。实验验证显示抑制SPI1可降低CD55表达，证实了该调控机制。这种细胞类型特异性调控模式解释了补体系统相关基因的个体差异。

【SLFN5在COVID-19中的抗病毒作用】

整合COVID-19患者数据发现，rs11080327-A等位基因通过增加CD4⁺T细胞中SLFN5表达，降低疾病严重程度风险(p=9.83e-4)。单细胞ATAC-seq显示该位点改变染色质可及性，可能通过干扰TBX21、STAT1结合影响抗病毒反应，为COVID-19遗传易感性提供机制解释。

这项研究通过创新的单细胞eQTL分析框架，首次系统描绘了免疫应答在遗传变异、细胞类型和环境刺激三维度上的调控图谱。其重要意义在于：1) 建立了解析非编码变异的标准化流程；2) 揭示了训练免疫的遗传基础；3) 为肥胖、COVID-19等疾病提供了新的治疗靶点；4) 开发的整合分析方法可推广至其他复杂疾病研究。研究数据已公开共享，将推动个性化免疫治疗的进一步发展。