胸腺来源的髓系细胞可追踪不同人类群体中小胶质细胞的耐受状态

《Neurochemistry International》：Thymus-derived myeloid programs track microglial tolerance states across human cohorts

　　

Sanwal Ahmad Zafar|Wei Qin|刘成亮|Areeba Ali Khan|Muhammad Salman Faisal

中国上海，上海交通大学机械工程学院

摘要

引言

小胶质细胞的功能定位在不同个体和疾病背景下存在差异，但那些能够支持跨队列一致性推断的保守生物轴尚未被明确界定。胸腺内T细胞发育为研究提供了一个范例，在该过程中，趋化因子、细胞外基质/黏附因子以及轴突引导信号共同调控免疫细胞的迁移与选择。我们探讨了胸腺来源的转录程序是否能为量化不同人类队列中的小胶质细胞耐受性定位提供可迁移的依据。

方法

我们对Tabula Sapiens胸腺单细胞转录组数据应用共识非负矩阵分解技术，得到了八个髓系教育特征标志物；经过正式的富集检测，其中两个与细胞外基质/黏附生物学显著相关，其余则被视为没有主导轴的数据驱动程序。这些特征标志物得分被应用于四个独立的小胶质细胞队列（SEA-AD、Olah、Tuddenham多发性硬化症队列；样本量均超过100例），并与供体层面的耐受性得分（稳态基因集活性减去活化基因集活性）相关联。此外，还通过外部干扰数据集校准了糖皮质激素受体活性，并将其作为调节因素进行评估。跨队列分析采用随机效应元分析方法，并进行了敏感性分析和多重检验控制。

结果

八个特征标志物模块中有七个与耐受性定位呈负相关；第八个模块（MES08，由CCL2/CXCL2趋化因子基因定义）在不同队列间的关联程度差异最大。在四个队列中的三个里，这种关联随着小胶质细胞纯度的提高而增强，在Visium空间转录组分析中也能得到验证，且经过协变量调整、去除管家基因以及留一法敏感性测试后仍保持稳定。这种关联更倾向于胸腺来源的模块：从另外六种组织（血液、脾脏、肝脏、肺、骨髓、淋巴结）构建的模块，无论在模块数量还是特征选择上，其关联强度都低1.2到2.9倍。在基于单个模块的交互作用模型中，糖皮质激素受体活性并未对这种关联起到调节作用，使用标准糖皮质激素受体组合及外部队列数据也得到了类似的阴性结果。Irisin通路相关的五个基因组成的模块，其关联强度较弱，经过校正后大多不具显著性。

结论

胸腺来源的髓系程序构成了一种可迁移的、具有组织特异性的轴，与该小胶质细胞耐受性定位呈负相关，且不存在明显的糖皮质激素调节作用。

章节节选

引言

先天免疫机制日益被视作中枢神经系统稳态和疾病进展的主要决定因素。脑内的髓系细胞群，包括实质型小胶质细胞和边界相关巨噬细胞，它们位于不同的解剖结构中，分别在监视、突触优化和炎症调节等方面发挥不同作用[1]、[2]。在先天神经免疫学中，一个核心挑战在于判断这些反应是具有保护作用还是会导致病理状态。

数据整理与预处理

本研究从Gene Expression Omnibus、Tabula Sapiens以及Allen Institute SEA-AD平台中筛选出了19个公开的单细胞和空间转录组数据集用于分析[27]。这些数据集被分为三类分析目标：胸腺微环境分析（Tabula Sapiens Thymus、GSE144870和GSE139042）、神经退行性和神经炎症状态下小胶质细胞的表型分析（SEA-AD、Olah、Tuddenham GSE204702以及多发性硬化症队列GSE180759）。

胸腺微环境包含八个保守的髓系教育特征标志物

为了探究胸腺是否含有能够指导髓系细胞身份形成的转录程序，我们从Tabula Sapiens Thymus数据集的单细胞转录组中提取了共识非负矩阵分解模块（具体方法见上文）。经过分析，使得共识稳定性及跨数据集重复性最高的秩值为K=8，此时共识稳定性达到最佳状态（同型相关性为1.00；详见补充表S2），并且在两个独立的分析中都显示出较高的跨数据集重复性。

讨论

本研究表明，人类胸腺中存在一组八个可重复的髓系转录程序，其中有两个程序与细胞外基质和黏附生物学显著相关。当这些特征标志物被应用到四个独立队列的脑内髓系细胞时，仍能反映出具有一致性的小胶质细胞功能状态信息。这些发现可总结为三点：首先，八个特征标志物模块中有七个始终表现出

CRediT作者贡献说明

刘成亮：写作——审阅与编辑、验证、监督。魏琴：写作——审阅与编辑、监督、资源协调、项目管理、研究实施、资金获取、概念构思。Sanwal Ahmad Zafar：写作——初稿撰写、可视化处理、验证、方法设计、正式分析、数据整理、概念构思。Muhammad Salman Faisal：写作——审阅与编辑、监督、研究实施、概念构思。Areeba Ali Khan：写作——审阅与编辑。

伦理声明

本研究分析的所有数据均来自公开数据库，且获取过程已获得原始数据提供机构相应伦理委员会的批准。本研究是对已去标识化数据的二次分析，无需额外的机构审查委员会审批或知情同意。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

代码与数据可用性

所有用于质量控制、非负矩阵分解训练、特征标志物评分、统计分析以及图表制作的源代码均可在https://github.com/Sjtu-Fuxilab/innate处获取。本研究分析的所有数据均来自补充表S1中列出的公开数据库（Gene Expression Omnibus、Tabula Sapiens以及Allen Institute SEA-AD平台），其中包括空间转录组数据集GSE220442、糖皮质激素反应数据集GSE219208以及先天免疫记忆相关数据集。

资助情况

本研究得到了中国上海交通大学的交叉学科项目的支持（项目编号YG2025QNA31）。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。