遗传与跨物种单细胞分析将抗原呈递细胞中的CD83优先确定为哮喘候选治疗靶点

《Frontiers in Immunology》：Genetic and cross-species single-cell analyses prioritize CD83 in antigen-presenting cells as a candidate therapeutic target in asthma

　　

背景：哮喘仍是一种异质性炎症性气道疾病，包括生物制剂在内的当前疗法仅使选定的患者亚群获益。研究人员旨在确定在哮喘中具有明确机制和转化相关性的遗传学支持的治疗靶点。方法：研究人员将585个可成药基因的顺式表达数量性状位点(cis-eQTL)和顺式蛋白数量性状位点(cis-pQTL)工具变量与来自FinnGen、EBI和UK Biobank的哮喘全基因组关联研究(GWAS)数据（总计超过110万名参与者）相整合，使用孟德尔随机化(MR)、共定位(colocalization)和汇总数据孟德尔随机化/HEIDI(SMR/HEIDI)分析。随后，研究人员结合细胞类型特异性单细胞eQTL孟德尔随机化与屋尘螨(HDM)小鼠模型的肺单细胞RNA测序(scRNA-seq)以及公开的人和食蟹猴单细胞数据集，以定义优先信号的细胞背景。表型广度关联分析(PheWAS)和连通图(Connectivity Map)筛选用于评估靶点特异性和提名候选化合物。结果：CD83在遗传优先排序流程中作为最一致支持的候选基因出现。较高的遗传预测的CD83表达在独立队列中显示出一致的风险增加关联，且蛋白水平分析与共定位共同为该位点的优先基因CD83提供了汇聚性支持。从机制上讲，整合细胞类型特异性人类遗传学与跨物种单细胞转录组学将信号定位至抗原呈递细胞(APC)，特别是记忆B细胞和树突状细胞(DC)。在人、小鼠和猴数据集中，变应原攻击后CD83阳性抗原呈递细胞持续富集于MHCII类分子抗原呈递和T细胞活化程序中。表型广度分析未发现哮喘信号之外的主要全基因组显著关联，特征逆转分析强调了羟基法舒地尔(hydroyfasudil)和普鲁内汀(prunetin)作为进一步评估的候选化合物。结论：这些发现将抗原呈递细胞中的CD83优先确定为哮喘中遗传学支持的候选治疗靶点。更广泛地说，它们提供了一个将人类因果遗传学联系到细胞特定机制和药物提名的转化框架，并支持在气道炎症中进行直接的CD83扰动研究。

该研究发表在《Frontiers in Immunology》。目前哮喘影响全球超过3亿人，是一种由复杂促过敏性免疫反应驱动的异质性慢性炎症性疾病，其临床表现和严重程度高度可变。当前疗法如糖皮质激素提供广泛的免疫抑制，而针对特定细胞因子如IgE、IL-5、IL-4/13的新生物制剂仅在选定患者亚群中有效。这凸显了对靶向上游免疫调节途径且具有广泛适用性的新疗法的迫切未满足需求。尽管全基因组关联研究(GWAS)已将数百个基因座与哮喘联系起来，但将这些统计关联转化为经验证的治疗靶点仍是主要瓶颈。为弥合这一差距，研究人员开发了一个全面的转化流程，从遗传信号转向可操作的生物学，应用现代因果推断方法如孟德尔随机化(MR)来剖析因果关系，并精确定位基因发挥致病作用的特定免疫细胞类型，从而优先确定哮喘治疗评估的候选驱动因子CD83。研究人员通过开展多组学因果推断框架研究，得出CD83在抗原呈递细胞特别是B细胞和树突状细胞中作为哮喘遗传学支持的候选治疗靶点的结论，其疾病相关性可能通过这些细胞介导，该研究为直接CD83扰动研究提供了依据，具有重要意义。

研究人员为开展研究用到几个主要关键的技术方法。数据方面整合了FinnGen、EBI和UK Biobank的哮喘GWAS数据，eQTLGen联盟的eQTL数据，UKB-PPP的pQTL数据，OneK1K队列的单细胞eQTL数据，以及HDM小鼠模型、人支气管刷检GSE164015、食蟹猴GSE213085、鼻活检GSE182797的scRNA-seq数据。分析方法包括两样本孟德尔随机化(MR)使用TwoSampleMR包、共定位分析使用coloc包、SMR分析和HEIDI测试使用SMR软件、细胞类型特异性MR、scRNA-seq分析使用Seurat和SingleR及GPTCelltype包、差异表达基因分析、通路分析使用clusterProfiler、细胞间通讯分析使用CellChat、SLIDE机器学习算法、连通图(CMap)药物筛选、表型广度关联分析(PheWAS)使用AstraZeneca PheWAS Portal和PheWeb数据库。

研究结果部分保留小标题并说明结论如下。

系统孟德尔随机化筛选优先确定12个哮喘可成药候选基因。研究人员从2532个可成药基因中筛选出585个具有转录和蛋白水平遗传工具的基因，使用FinnGen队列两样本MR分析发现29个基因与哮喘风险显著相关，经敏感性分析优先确定12个核心候选基因包括CD83、PRKCQ、FOLR2和C5等，这些基因在肺组织中高表达并富集于炎症应答和T细胞活化通路。

独立队列复制和SMR/HEIDI测试确认稳健因果效应。在EBI队列中验证CD83表达增加与哮喘风险升高相关，PRKCQ、C5、NFKB1表达增加与风险降低相关；在UK Biobank队列中复现上述结果并额外发现ITGAM的保护性信号；SMR和HEIDI测试证实CD83、NFKB1和PRKCQ的关联由基因表达本身驱动而非连锁变异。

汇聚证据支持CD83作为跨哮喘亚型的风险相关通路候选因子。亚型特异性MR分析显示CD83在儿童期起病、成人起病和儿科哮喘中均显示风险增加关联；pQTL基MR分析表明较高CD83蛋白水平与哮喘风险增加一致相关；共定位分析显示PP.H4为0.892，强支持CD83位点共享因果变异；哮喘患者鼻黏膜中CD；83 mRNA显著上调。

细胞类型特异性MR和跨物种scRNA-seq暗示抗原呈递细胞是CD83的功能枢纽。细胞类型特异性MR显示B细胞亚群和树突状细胞中CD83表达增加与哮喘风险增加相关，效应记忆CD8⁺T细胞中呈保护性；HDM小鼠模型scRNA-seq显示HDM攻击后Cd83在B细胞、DC和单核细胞中上调且在记忆B细胞和DC中最高；功能富集和GSEA显示CD83⁺记忆B细胞和DC富集MHCII抗原呈递和T细胞活化程序；CellChat显示CD83⁺B细胞与T细胞通过MHC-II通路增强互作；SLIDE算法确认MHCII通路为区分CD83⁺细胞状态的最显著潜因子；DC中Cd83敲低减少CD86表达；人支气管刷检和食蟹猴模型跨物种验证CD83阳性抗原呈递细胞富集MHCII类分子抗原呈递程序。

计算机药物筛选和表型广度分析提名调节CD83通路的候选策略。CMap筛选2429种化合物优先确定羟基法舒地尔和普鲁内汀可逆转CD83⁺APC特征；已批准皮质类固醇如甲泼尼龙、泼尼松和氟替卡松也显示强逆转作用；孟鲁司特和福莫特罗显示正连接分数；PheWAS分析显示遗传预测的CD83表达在全基因组显著性阈值下与哮喘外其他临床表型无显著关联。

讨论部分总结如下。研究人员指出本研究使用多组学因果推断框架将CD83优先确定为哮喘遗传学支持的候选治疗靶点，跨独立数据集较高CD83表达与哮喘风险增加一致且在蛋白水平受支持，整合共定位、SMR/HEIDI、细胞类型特异性遗传分析和跨物种scRNA-seq将该关联定位于以抗原呈递细胞特别是B细胞和树突状细胞为中心的程式。研究优势在于超越单纯基因座发现，CD83在发现和验证数据中持续优先并在减少连锁不平衡和基因多效性混杂的方法中受支持。结果将CD83置于生物学连贯背景，CD83是抗原呈递细胞中激活相关分子并与MHC II类和共刺激途径调节有关，本研究将其与哮喘联系并提示信号集中于特定抗原呈递细胞群体而非广泛免疫系统，CD83阳性B细胞和DC中抗原呈递和T细胞活化程序富集支持以抗原呈递细胞为中心的解释。细胞类型特异性分析中抗原呈递细胞群中CD83表达增加与风险相关而效应记忆CD8⁺T细胞中呈保护性，提示CD83净关联反映抗原呈递细胞相关效应主导且需优先调节抗原呈递细胞相关CD83程式而非全身抑制。转化意义需谨慎解释，PheWAS未发现哮喘外主要全基因组显著关联但不足以确立药理抑制安全性，CMap识别化合物为假设生成而非直接CD83抑制或疗效证据，皮质类固醇为负连接化合物支持特征生物学相关性及抑制该程式可能贡献既有疗法。局限性包括主要在欧洲血统人群、eQTL和pQTL来自血液、部分亚型估计不精确、FOLR2未优先跟进、DC敲低实验未提供完整机制，未来需定义CD83在抗原呈递细胞抗原呈递和T细胞活化中的必要性充分性和下游机制。

结论部分翻译如下。总体而言，研究结果将CD83优先确定为哮喘中遗传学支持的候选治疗靶点，并提示其疾病相关性很可能通过抗原呈递细胞特别是B细胞和树突状细胞介导。通过将人类因果遗传学与细胞特异性和跨物种转录组证据相联系，本研究为气道炎症模型中的直接CD83扰动研究提供了理论基础。