牙周炎重塑牙龈上皮转录程序：炎症激活与迁移修复减弱及 GRHL1、TFAP2C 和 RELA 的调控作用

《Hereditas》：Epithelial program-level remodeling in periodontitis reveals coordinated basal-cycling program expansion with suppressed wound-migratory states

　　

摘要

背景

牙周炎会重塑牙龈上皮组织，但上皮细胞在程序层面的变化尚未完全阐明。

方法

我们分析了口腔黏膜的整合单细胞RNA测序图谱（GSE152042、GSE161267、GSE162412以及COVID-19细胞图谱），以明确角质形成细胞的各类状态。通过标记物引导的富集和聚类分析，我们区分出了17种上皮亚群，这些亚群最终被归类为五种转录程序：基底层、周期更新层、炎症层、迁移/Emphymaloid转化（EMT）样层和伤口激活层。我们采用了针对供体特异性的伪批量检测方法（donor-aware pseudobulk testing）、轨迹推断（trajectory inference）以及配体-受体建模（ligand–receptor modeling，即CellChat）技术来研究特定条件下的细胞重塑过程。基因富集和调控网络分析使用了好几种工具，包括STRING、ReactomePA和iRegulon。为了评估选定调节因子的功能效应，我们在OKF6/TERT2和HGK角质形成细胞中进行了实验。实验结果显示GRHL1和TFAP2C基因表达上调，而RELA基因表达下调，其调控效果通过RT-qPCR和Western blot进行了验证。增殖（CCK-8实验）、菌落形成能力和伤口愈合能力测试用于量化这些基因变化对细胞功能的影响。

结果

牙周炎患者的上皮细胞中炎症相关程序和基底层程序的活性增强，而伤口激活程序和迁移程序的活性则减弱。CellChat分析表明，上皮细胞通过与纤维细胞和免疫细胞的CXCL/TNF信号交流而增强其连接性。体外实验发现，GRHL1和TFAP2C基因表达上调以及RELA基因表达下调会抑制细胞增殖、菌落形成和伤口愈合。这些发现揭示了这些因子对角质形成细胞行为的影响，但并未直接验证所预测的转录程序的有效性，也无法将细胞的迁移过程与增殖过程完全区分开来。

结论

牙周炎与牙龈上皮细胞的炎症激活以及迁移和伤口愈合相关程序的减弱有关。GRHL1、TFAP2C和RELA被认为是角质形成细胞增殖和迁移的潜在调节因子；它们在体内观察到的程序变化中的具体作用仍需进一步的机制验证。

图形摘要

我们对口腔黏膜的整合单细胞RNA测序图谱进行了筛选，以富集角质形成细胞，然后在Seurat软件中对其进行聚类和注释，并将其整理为供体特异性的伪批量数据，用于差异表达和程序活性分析（基于z分数计算的平均log-CPM值）。功能富集分析（使用clusterProfiler/ReactomePA工具）突出了与炎症相关的上皮结构通路及其中的免疫相关因子。细胞间通信分析量化了细胞间的相互作用强度；轨迹分析（Monocle3）以基底层状态为基准；STRING/iRegulon工具帮助识别了蛋白质-蛋白质相互作用枢纽及潜在调节因子。外部的高维分析（HCA）队列验证了不同样本之间的程序评分一致性。牙周炎上皮细胞表现出基底层扩张和炎症激活特征，同时迁移相关程序的活性减弱，但角质形成细胞间的相互作用增强。

背景

牙周炎会重塑牙龈上皮组织，但上皮细胞在程序层面的变化尚未完全阐明。

方法

我们分析了口腔黏膜的整合单细胞RNA测序图谱（GSE152042、GSE161267、GSE162412以及COVID-19细胞图谱），以明确角质形成细胞的各类状态。通过标记物引导的富集和聚类分析，我们区分出了17种上皮亚群，这些亚群最终被归类为五种转录程序：基底层、周期更新层、炎症层、迁移/Emphymaloid转化（EMT）样层和伤口激活层。我们采用了针对供体特异性的伪批量检测方法（donor-aware pseudobulk testing）、轨迹推断以及配体-受体建模（CellChat）技术来研究特定条件下的细胞重塑过程。基因富集和调控网络分析使用了好几种工具，包括STRING、ReactomePA和iRegulon。为了评估选定调节因子的功能效应，我们在OKF6/TERT2和HGK角质形成细胞中进行了实验。实验结果显示GRHL1和TFAP2C基因表达上调，而RELA基因表达下调，其调控效果通过RT-qPCR和Western blot进行了验证。增殖（CCK-8实验）、菌落形成能力和伤口愈合能力测试用于量化这些基因变化对细胞功能的影响。

结果

牙周炎患者的上皮细胞中炎症相关程序和基底层程序的活性增强，而伤口激活程序和迁移程序的活性则减弱。CellChat分析表明，上皮细胞通过与纤维细胞和免疫细胞的CXCL/TNF信号交流而增强其连接性。体外实验发现，GRHL1和TFAP2C基因表达上调以及RELA基因表达下调会抑制细胞增殖、菌落形成和伤口愈合。这些发现揭示了这些因子对角质形成细胞行为的影响，但并未直接验证所预测的转录程序的有效性，也无法将细胞的迁移过程与增殖过程完全区分开来。

结论

牙周炎与牙龈上皮细胞的炎症激活以及迁移和伤口愈合相关程序的减弱有关。GRHL1、TFAP2C和RELA被认为是角质形成细胞增殖和迁移的潜在调节因子；它们在体内观察到的程序变化中的具体作用仍需进一步的机制验证。

图形摘要

我们对口腔黏膜的整合单细胞RNA测序图谱进行了筛选，以富集角质形成细胞，然后在Seurat软件中对其进行聚类和注释，并将其整理为供体特异性的伪批量数据，用于差异表达和程序活性分析（基于z分数计算的平均log-CPM值）。功能富集分析（使用clusterProfiler/ReactomePA工具）突出了与炎症相关的上皮结构通路及其中的免疫相关因子。细胞间通信分析量化了细胞间的相互作用强度；轨迹分析（Monocle3）以基底层状态为基准；STRING/iRegulon工具帮助识别了蛋白质-蛋白质相互作用枢纽及潜在调节因子。外部的高维分析（HCA）队列验证了不同样本之间的程序评分一致性。牙周炎上皮细胞表现出基底层扩张和炎症激活特征，同时迁移相关程序的活性减弱，但角质形成细胞间的相互作用增强。