揭示M-MDSCs功能异质性以预测脓毒症预后的新机制

《Journal of Advanced Research》：Illustrating the functional heterogeneity of M-MDSCs to predict sepsis outcomes

本研究针对脓毒症中单核细胞源性髓系抑制细胞(M-MDSCs)表型标记和功能异质性不明的难题，通过单细胞RNA测序技术首次将HLA-DRlowCD14+M-MDSCs划分为五个功能亚群，发现VSIG4/IL1R2联合检测可精准预测患者预后，为脓毒症免疫监测提供了新的生物标志物和治疗靶点。

　　

在全球范围内，脓毒症每年导致约4900万人发病和1100万人死亡，其死亡率高达19.7%，而脓毒症休克患者的死亡率更是超过30%。世界卫生组织已将其列为全球健康优先事项。脓毒症免疫紊乱的核心特征在于同时存在过度炎症和免疫抑制，其中单核细胞因其在促炎和免疫抑制中的双重作用而备受关注。然而，免疫抑制性单核细胞源性髓系抑制细胞(M-MDSCs)的表型标记和发育特征在脓毒症中仍不清楚。

传统观点认为M-MDSCs的标志物为CD33⁺CD11b⁺CD14⁺CD15^-HLA-DR^-/low，但这些标记无法明确区分抑制性M-MDSCs与稳态单核细胞。此外，M-MDSCs的功能异质性和成熟状态也有待阐明。既往研究表明，脓毒症晚期来源的MDSCs可改善早期脓毒症存活率，而拮抗晚期MDSCs扩增对晚期脓毒症具有保护作用。因此，解读MDSCs临床意义的最大障碍在于其异质性和缺乏特异性识别标记。

为解决这些难题，华中科技大学同济医院附属同济医院检验科的研究团队在《Journal of Advanced Research》上发表了最新研究成果。研究人员通过对195例脓毒症患者进行临床分析，发现常规单核细胞亚群和MDSCs无法有效预测脓毒症结局。为深入探索M-MDSCs的异质性，研究团队创新性地根据HLA-DR表达水平将患者分为HLA-DR^highCD14⁺和HLA-DR^lowCD14⁺两组，并分别进行单细胞RNA测序分析。

主要技术方法

研究团队运用流式细胞术分析临床样本，通过单细胞RNA测序(10× Genomics平台)解析细胞异质性，采用体外细胞培养和基因沉默技术验证靶点功能，结合代谢组学和Seahorse能量代谢分析探索代谢特征，并利用生物信息学方法进行轨迹分析和转录因子调控网络构建。

研究结果

单核细胞亚群和MDSCs无法预测脓毒症结局

对195例脓毒症患者(非脓毒症休克99例，脓毒症休克存活62例，脓毒症休克死亡34例)的分析显示，虽然HLA-DR⁺单核细胞百分比随病情严重程度逐步下降，但M-MDSCs和PMN-MDSCs等指标在不同严重程度组间无显著差异。M-MDSCs在区分死亡和存活患者时的曲线下面积(AUC)仅为0.564，预测价值有限。

利用scRNA-seq描绘脓毒症患者单核细胞异质性

研究人员对纯化的HLA-DR^highCD14⁺和HLA-DR^lowCD14⁺单核细胞进行scRNA-seq，共获得29,545个高质量细胞转录组数据。UMAP分析鉴定出9个 distinct细胞簇，包括 na?ve单核细胞、IFN-γ刺激单核细胞、CD16⁺单核细胞、促炎单核细胞和M-MDSCs等。值得注意的是，HLA-DR^lowCD14⁺单核细胞中M-MDSCs簇的比例最高。

M-MDSCs的亚群和功能特征

对HLA-DR^lowCD14⁺单核细胞的深入分析揭示了M-MDSCs的五个亚群：IL1R2_M-MDSC、THBS1_M-MDSC、S100A_M-MDSC、IFN-sti_M-MDSC和PPBP_M-MDSC。其中前三个亚群占M-MDSCs总数的90%以上。功能富集分析显示，S100A_M-MDSC富含线粒体呼吸和炎症反应相关基因；IL1R2_M-MDSC具有细胞因子产生正调控和免疫反应负调控的双重特征；THBS1_M-MDSC则富集于TGF-β受体信号通路。

不同阶段M-MDSCs的标记物鉴定

伪时间轨迹分析将S100A_M-MDSC定位为早期细胞，THBS1_M-MDSC主要位于中晚期，而IL1R2_M-MDSC则贯穿整个发育轨迹。早期S100A_M-MDSC高表达S100A12等促炎基因；中期IL1R2_M-MDSC上调IL1R2、CXCL8等炎症介质；晚期THBS1_M-MDSC则高表达THBS1、ZEB2等免疫抑制分子。

M-MDSCs的转录和代谢调控

SCENIC分析发现，CEBPD和ETS1在S100A_M-MDSC中活性选择性升高，FOSB和CREB5在IL1R2_M-MDSC中活性最高，而EZH2和FOXN3在THBS1_M-MDSC中最显著。代谢特征分析显示，S100A_M-MDSC上调氧化磷酸化和精氨酸代谢，IL1R2_M-MDSC特征为脂肪酸生物合成，THBS1_M-MDSC则上调支链氨基酸生物合成。Seahorse实验证实HLA-DR^lowCD14⁺单核细胞的基础呼吸和最大呼吸均低于HLA-DR^highCD14⁺单核细胞。

VSIG4是抑制性M-MDSCs的功能性标记

VSIG4在健康人CD14⁺单核细胞表面表达较低，而在脓毒症患者中显著升高。基因沉默实验表明，抑制VSIG4表达可显著增加PMA刺激的THP-1细胞中IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎细胞因子的水平。阻断VSIG4可显著增强CD3/CD28刺激的CD4⁺T细胞增殖和活化。

VSIG4和IL1R2联合检测可预测脓毒症结局

流式细胞术分析显示，VSIG4⁺HLA-DR^lowCD14⁺和IL1R2⁺HLA-DR^lowCD14⁺单核细胞百分比在健康人、脓毒症休克存活者和死亡者中逐步增加。VSIG4/IL1R2_MAX(两个指标百分比的最高值)在区分死亡和存活患者时的AUC达到0.935，敏感性和特异性分别为84.62%和93.33%。生存分析证实，VSIG4/IL1R2_MAX高于33%的患者28天生存率显著降低。

研究结论与意义

该研究首次通过单细胞RNA测序将脓毒症中的M-MDSCs划分为五个功能亚群，系统阐明了其在不同发育阶段的表型和功能特征。研究发现早期S100A_M-MDSC发挥促炎功能，中期IL1R2_M-MDSC和THBS1_M-MDSC分别负责促炎细胞因子产生和TGF-β信号传导，晚期THBS1_M-MDSC和IL1R2_M-MDSC则表现出强大的免疫抑制功能。特别重要的是，VSIG4被鉴定为THBS1_M-MDSC特异性表达的功能性标记，且VSIG4/IL1R2联合检测可准确预测脓毒症患者预后。

这项研究不仅揭示了脓毒症中M-MDSCs的发育轨迹和功能异质性，还为临床提供了新的预后预测指标。VSIG4/IL1R2联合检测策略有望成为脓毒症免疫监测的重要工具，为开发针对特定M-MDSC亚群的靶向治疗奠定理论基础。该研究对理解脓毒症免疫紊乱机制和改善患者临床管理具有重要指导意义。