组织驻留免疫细胞驱动自身免疫性疾病和肺部疾病的遗传风险

《Nature Immunology》：Tissue-resident immune cells drive genetic risk in autoimmune and lung diseases

　　

常见遗传变异与肺部疾病和自身免疫性疾病的风险相关。然而，研究人员对这些疾病变异的病理效应，特别是在肺部感染和疾病前沿的组织驻留免疫细胞中的效应，了解有限。为了解决这一问题，研究人员对从肺组织中分离的29种不同的免疫细胞亚群进行了单细胞表达数量性状位点（eQTL）分析。肺免疫细胞eQTL与肺部疾病、感染性疾病和自身免疫性疾病的全基因组关联研究（GWAS）信号的共定位分析，提示疾病相关变异及其靶基因在单一或受限的细胞类型组中发挥作用。包括ZFP57在内的几个基因，在肺免疫细胞eQTL与多种全身性和器官限制性自身免疫性疾病的GWAS信号之间显示出显著的共定位，突出了疾病风险背后的共享遗传机制。总体而言，研究人员的研究表明，来自多种自身免疫性疾病的疾病相关变异影响组织驻留免疫细胞类型中的基因表达（https://lung.dice-database.org）。

**论文解读：组织驻留免疫细胞在自身免疫和肺部疾病遗传风险中的驱动作用**

**研究背景与问题**

遗传因素在感染和免疫介导疾病的易感性中起关键作用。全基因组关联研究（GWAS）已识别出大量与疾病风险相关的遗传变异，但将这些变异与功能后果联系起来、进而揭示疾病机制和治疗靶点仍面临挑战。主要障碍在于缺乏对疾病相关细胞类型中变异效应的研究。由于血液采样便捷，大多数表达数量性状位点（eQTL）研究集中于循环免疫细胞，忽略了主要驻留在组织中的免疫细胞。同时，对全组织未分离细胞的分析缺乏分辨率，无法识别组织免疫细胞类型特异性效应。因此，需要在目标组织中纯化的免疫细胞群体中进行eQTL研究。人类肺组织是理想来源：(1) 可从早期肺癌手术的活体个体获得足够量未受累组织；(2) 肺免疫在呼吸道感染中至关重要；(3) 肺是哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）和结节病等多种免疫介导疾病的主要靶器官；(4) 一些多器官自身免疫病（如类风湿关节炎、红斑狼疮、硬皮病）可累及肺；(5) 不同器官的组织驻留免疫细胞共享核心顺式调控景观和转录特征，因此在一个器官中观察到的效应可外推至其他器官。

**研究内容与结论**

研究人员从120名接受肺癌手术的初治患者（队列来源：英国南安普顿大学医院NHS信托基金和利物浦心胸NHS信托基金医院）的肺组织手术切除标本中分离免疫细胞，通过荧光激活细胞分选（FACS）富集五种主要免疫细胞群体，利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）构建了包含1,150,336个细胞的转录组图谱，无偏聚类分析鉴定出29个转录上不同的免疫细胞亚群。在此基础上，研究人员对每个亚群进行了顺式eQTL分析，共发现3,550个eGenes（基因表达受遗传变异影响的基因），并通过精细定位鉴定了3,254个eGenes的至少一个可信因果变异集。通过多变量自适应收缩（MASH）分析，发现eQTL效应在谱系相关的细胞类型间广泛共享，但仍有相当一部分表现出细胞类型特异性。随后，研究人员将肺免疫细胞eQTL与来自肺部疾病、感染性疾病和自身免疫性疾病的GWAS信号进行共定位分析，发现492个eGenes与疾病关联，其中许多基因（如ZFP57、IRF5、IFITM3）在组织驻留免疫细胞中表现出特异性效应。例如，ZFP57的eQTL与多种全身性和器官限制性自身免疫病的GWAS信号共定位，提示其在自身免疫遗传风险中的共享机制。此外，通过介导表达评分回归（MESC）和因果转录组范围关联研究（cTWAS）分析，发现约15-20%的COPD单核苷酸多态性（SNP）遗传力由肺免疫细胞中的顺式eQTL驱动基因表达介导，高于循环免疫细胞或全组织。研究还发现，性别偏倚基因表达在肺免疫细胞中显著，且大多数偏倚基因在血液中不显著。该研究发表于《Nature Immunology》，表明组织驻留免疫细胞是自身免疫和肺部疾病遗传风险的关键驱动因素，为疾病机制和治疗靶点提供了新见解。

**主要关键技术与方法**
(1) 单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞ATAC测序（scATAC-seq）：对120名个体的肺组织免疫细胞进行转录组和染色质可及性分析。
(2) 全基因组测序（WGS）与顺式eQTL分析：通过线性模型检测遗传变异与基因表达的关联，并利用SuSiE进行精细定位。
(3) 共定位分析（COLOC）：将肺免疫细胞eQTL与GWAS信号整合，识别共享因果变异的基因。
(4) 遗传力分解分析：采用MESC和cTWAS评估肺免疫细胞对疾病遗传力的贡献。
(5) 功能验证：利用反义寡核苷酸（ASO）在单核细胞来源巨噬细胞（MDMs）中敲低ZFP57，结合RNA-seq分析差异表达基因。

**研究结果（保留小标题）**

**单细胞肺免疫细胞图谱（Single-cell atlas of lung immune cell types）**
通过scRNA-seq分析120名个体的肺组织免疫细胞，鉴定出29个转录上不同的免疫细胞亚群。研究人员发现超过1,700个基因表现出显著的性别偏倚表达，且大多在血液中不显著。例如，男性偏倚的TGFB1在CD8⁺ MAIT细胞中高表达，女性偏倚的amphiregulin和趋化因子XCL1/XCL2在多个亚群中上调。

**组织驻留免疫细胞中的eQTL（eQTLs in tissue-resident immune cells）**
通过eQTL分析，在29个亚群中发现3,550个eGenes。MASH分析显示eQTL效应在谱系相关细胞类型间广泛共享，但894个eGenes表现出细胞类型特异性效应。与血液来源的eQTL资源（如DICE、OneK1K）相比，鉴定出大量新的组织驻留免疫细胞特异性关联，例如ZNF683在CD4⁺ TRM细胞中特异性表达，且携带rs12037810-A等位基因的个体倾向有更高频率的CD4⁺ TRM细胞。

**肺免疫细胞eQTL富集于免疫功能通路基因（eQTLs in lung immune cell types are enriched for genes in immune function pathways）**
过表达分析显示，eGenes显著富集于NK细胞介导的细胞毒性通路（如KIR家族、KLRC家族）、干扰素信号通路（如IFNAR1、IRF5、IFITM3）以及免疫调节相互作用通路。例如，IRF5的eQTL与系统性红斑狼疮（SLE）、类风湿关节炎和干燥综合征的GWAS信号共定位，且风险等位基因rs2004640-T预测破坏抑制性转录因子ZNF219的结合基序，导致IRF5在肺髓系细胞和CD4⁺ TRM细胞中表达升高。IFITM3的eQTL精细定位发现rs14408为可信变异，与肺功能损伤GWAS信号紧密连锁，且影响CD16⁺ NK细胞和T细胞中IFITM3表达。

**肺免疫细胞类型和基因对肺部疾病遗传风险的贡献（Lung immune cell types and genes contributing to the genetic risk of lung diseases）**
通过MESC和cTWAS分析，发现约15-20%的COPD SNP遗传力由肺免疫细胞eQTL介导，高于循环免疫细胞或全组织。共定位分析鉴定出241个与COPD或肺功能相关基因，主要富集于CD4⁺和CD8⁺ T细胞（特别是TRM细胞）。例如，ORMDL3的eQTL与COPD和哮喘GWAS信号共定位，rs4065275-G等位基因与肺CD8⁺ TRM细胞中ORMDL3表达升高相关。AHI1的eQTL与哮喘风险变异共定位，精细定位发现rs13197384位于AHI1启动子，预测破坏转录因子YY1和EGR1的结合，导致AHI1表达降低。

**与系统性自身免疫疾病相关的基因（Genes associated with systemic autoimmune diseases）**
共定位分析发现281个基因与32种免疫介导疾病的GWAS信号共定位，许多基因（如ORMDL3、GSDMB、FADS1、FLOT1）同时与慢性肺病相关。ZFP57在多个肺免疫细胞类型中表现出显著的基因型依赖性表达，其eQTL与结节病、SLE等多种自身免疫病GWAS信号共定位。功能验证显示，在单核细胞来源巨噬细胞（MDMs）中敲低ZFP57导致多种细胞因子和趋化因子转录本表达改变，提示其在调节巨噬细胞功能中发挥作用。此外，系统性硬化症风险变异与IL12RB1和IL12RB2的表达关联，分别在TRM细胞和NK细胞中表现出细胞类型特异性效应。

**讨论与结论总结**
讨论部分指出，尽管组织驻留免疫细胞在肺病、自身免疫和感染性疾病中至关重要，但其对遗传风险的贡献仍知之甚少。本研究通过DICE项目生成了120名个体肺组织中29种免疫细胞亚群的eQTL数据集，共定位分析揭示了多个与免疫介导疾病相关的基因。由于组织驻留免疫细胞跨器官的保守转录程序，肺免疫细胞获得的遗传见解可外推至其他器官。研究也存在局限性，包括仅分析单一器官（肺实质）、非疾病组织可能受癌症和吸烟影响、未分析粒细胞等。此外，遗传力估计依赖于模型，功能验证仍需进行。研究结论：与循环免疫细胞的DICE数据集类似，新的肺免疫细胞DICE数据集（https://lung.dice-database.org）将：(1) 作为定义疾病风险变异相关基因和组织驻留免疫细胞类型的宝贵资源；(2) 提供来自120名个体队列的肺免疫细胞亚群相对丰度和转录谱的参考数据集；(3) 提供肺免疫细胞类型顺式调控图谱及与疾病相关基因相连的潜在因果eQTL，可用于开发与特定细胞类型和通路相关的多基因风险预测评分。