免疫细胞特征与多种中枢神经系统疾病的因果关联：孟德尔随机化与单细胞转录组学的整合分析

这篇研究通过孟德尔随机化（MR）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，系统揭示了731种免疫细胞特征（ICTs）与13种中枢神经系统（CNS）疾病的因果关联。研究发现T/NK细胞活化、B细胞分化等免疫特征对肌萎缩侧索硬化（ALS）和胶质母细胞瘤（GBM）具有保护作用，而髓系细胞特征则增加阿尔茨海默病（AD）风险。通过非负矩阵分解（NMF）鉴定出GBM的6种细胞状态，并构建了8基因风险标志物（GBRS），其中SQLE和VCP可作为EGFR靶向治疗的潜在靶点。表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）被预测为有效治疗候选药物。

　　

免疫细胞特征与中枢神经系统疾病的因果关联

ABSTRACT

研究背景

既往关于免疫细胞特征（ICTs）对脑部疾病影响的研究受限于样本量和共定位证据。本研究通过大规模孟德尔随机化（MR）分析，结合单细胞转录组（scRNA-seq）和表达数量性状位点（eQTL）数据，旨在阐明免疫特征与多种中枢神经系统（CNS）疾病的因果关联，并探索胶质母细胞瘤（GBM）的生物标志物。

研究方法

采用两样本MR分析731种ICTs与13种脑部疾病的关联，包括缺血性卒中（IS）、多发性硬化（MS）、阿尔茨海默病（AD）等。通过非负矩阵分解（NMF）对GBM恶性细胞进行亚型分型，整合eQTL数据构建GBM风险特征（GBRS），并利用分子对接预测靶向药物。

研究结果

关键发现显示：

1. ICTs对脑部疾病的影响呈现显著异质性：T/NK细胞活化特征对ALS和GBM具有保护作用（OR=0.49-0.61），而髓系细胞和HLA相关特征增加AD风险（OR=1.03）。

2. 共定位分析发现CD247和SLFN12L基因变异通过调节CD3⁺ CM CD4⁺和NK细胞绝对计数（AC）降低ALS风险（PP.H4=1）。

3. 单细胞分析鉴定出GBM六种细胞状态：JAK-STAT簇高表达EGFR和TIMP4；NFκB簇富集AQP4和IGFBP7；缺氧簇与VEGFA相关；EGFR簇特异性表达PTPRZ1和OLIG2。

4. 构建的8基因GBRS（含SQLE、VCP等）在NFκB和EGFR簇中评分最高，与肿瘤侵袭性正相关（p<0.001）。

5. 表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）通过靶向SQLE（结合能-10.4 kcal/mol）和VCP成为潜在治疗候选。

研究结论

该研究首次系统证实免疫特征对恶性与非恶性CNS疾病的因果影响，揭示神经炎症在疾病发生中的核心作用。GBRS的建立为GBM精准治疗提供新靶点，EGCG的预测为临床转化奠定基础。

Materials and Methods

MR研究设计

采用三大核心假设：工具变量（IVs）需满足关联性、独立性和排他性。从GWAS目录获取731种ICTs数据，涵盖相对细胞计数（RC）、形态参数（MP）等四类特征。对13种脑部疾病GWAS数据进行IV筛选（p<5×10^-8，R²<0.001）。

单细胞分析流程

1. 数据处理：对7例IDH野生型GBM样本的30,141个细胞进行质控，使用Seurat和Harmony进行批次校正。

2. 细胞注释：通过inferCNV将AC样、MES样等四类高CNV评分细胞定义为恶性细胞。

3. NMF分析：基于3000个高变基因（HVGs）识别60个程序，最终聚类为6个元程序。

4. 互作分析：采用CellChat揭示巨噬细胞-MIF通路在细胞通讯中的主导作用。

Results

免疫特征的疾病特异性效应

1. 保护性特征：CD33^bright HLA-DR⁺ CD14^-髓系细胞（OR=0.61）和CD39⁺静息Treg（OR=0.49）显著降低GBM风险。

2. 风险特征：CD27⁺未转换记忆B细胞通过rs4810485-CD40共定位增加抑郁症（MDD）风险（OR=1.03）。

GBM单细胞图谱特征

1. 细胞互作：巨噬细胞通过APP-CD74等配受体对在TME中发挥核心调控作用。

2. 恶性状态特征：EGFR簇呈现最低分化状态（CytoTRACE评分0.2），与GBRS标记物表达呈时空正相关。

Discussion

研究创新点在于：

1. 首次通过多组学整合揭示免疫特征在CNS疾病中的双刃剑作用。

2. 建立的GBRS突破传统TCGA分型局限，从功能状态维度解析GBM异质性。

3. EGCG的预测为克服血脑屏障提供新思路，其多靶点特性（抑制SQLE胆固醇合成、调控VCP蛋白降解）具有独特优势。

局限性包括：

1. scRNA-seq对表面标记检测的不足可通过CITE-seq技术改进。

2. 部分GWAS样本量较小可能影响MR估计精度。

3. 需进一步开展类器官实验验证EGCG对EGFR簇的特异性作用。

该研究为理解神经免疫互作提供全新视角，GBRS的临床转化和EGCG的联合用药策略将成为未来研究方向。