腸道巨噬細(xì)胞在潰瘍性結(jié)腸炎中的功能分析

潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)是一種慢性復(fù)發(fā)性非特異性的腸道炎癥疾病

。近年來，我國的發(fā)病率呈上升趨勢，可達(dá)到11.6/10萬

。UC主要與遺傳易感性、環(huán)境因素、腸道微生態(tài)的改變、黏膜免疫穩(wěn)態(tài)的破壞等多因素有關(guān)，但具體發(fā)病機(jī)制尚不明確

。

第一、教育扶貧?！巴ㄟ^教育扶貧脫貧一批”。將所有建檔立卡貧困戶家庭中有就讀高中、中專、大學(xué)的子女納入補(bǔ)助范圍，對在內(nèi)地上學(xué)的大學(xué)生第一次的交通費(fèi)進(jìn)行補(bǔ)助，絕不讓一個貧困家庭學(xué)生因貧失學(xué)。筆者所在的學(xué)校就有皮山縣的大學(xué)生在享受此類補(bǔ)助。目前貧困戶家庭的大學(xué)生每年可以得到1 500元的地方補(bǔ)助。

近些年單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序(single-cell RNA-sequencing，scRNA-seq)技術(shù)迅速發(fā)展，解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組分析的局限。該技術(shù)通過將分離的單個細(xì)胞的微量全轉(zhuǎn)錄組RNA擴(kuò)增后進(jìn)行高通量測序，從而獲得單個細(xì)胞水平的全轉(zhuǎn)錄組的表達(dá)譜，準(zhǔn)確反映各細(xì)胞亞群之間的異質(zhì)性

。

移動支付是個人用戶或單位利用移動設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)方式向銀行機(jī)構(gòu)發(fā)送支付指令完成資金轉(zhuǎn)賬或者支付的一種支付行為。移動支付將電子設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)及金融服務(wù)融合為一體，為用戶提供更加便捷的支付服務(wù)，目前已深入人們生活的方方面面。

巨噬細(xì)胞作為腸道內(nèi)的重要免疫細(xì)胞，是機(jī)體先天性免疫系統(tǒng)中的一員，也可作為抗原提呈細(xì)胞，誘導(dǎo)T細(xì)胞活化，從而激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答，是機(jī)體免疫反應(yīng)中的關(guān)鍵參與者，共同介導(dǎo)著先天性及適應(yīng)性免疫應(yīng)答，其超活化造成的炎癥反應(yīng)是UC發(fā)病及不斷發(fā)展的主要因素。腸道微生物通過受損的腸上皮屏障，進(jìn)入固有層，激活巨噬細(xì)胞，進(jìn)而引起中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞炎癥反應(yīng)

。巨噬細(xì)胞可識別病原微生物，分泌炎癥因子，加重腸道炎癥反應(yīng)

，但其在機(jī)體免疫啟動和維持中的作用機(jī)制尚不明確。

第二，實(shí)踐部分。組織開展職業(yè)規(guī)劃大賽、職場模擬比賽、簡歷制作比賽和演講比賽等，舉辦求職禮儀講座、創(chuàng)業(yè)俱樂部、杰出校友報告會和企業(yè)招聘人員講座，豐富就業(yè)指導(dǎo)實(shí)踐課的內(nèi)容。

采用clusterProfiler R語言包對差異基因集進(jìn)行GO功能富集分析、KEGG通路富集分析。富集分析基于超幾何分布原理，均以

<0.05作為顯著性富集標(biāo)準(zhǔn)。

1 材料與方法

對UC患者腸道組織單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化、降維分析、聚類分析找到0～9共10個細(xì)胞亞群(見圖1)。使用Cellmaker數(shù)據(jù)庫檢索到143個巨噬細(xì)胞的marker基因。與每個cluster對應(yīng)的基因進(jìn)行交集，其中有15個巨噬細(xì)胞的marker基因?qū)儆赾luster 1，所以判斷cluster 1為巨噬細(xì)胞。

對差異基因進(jìn)行GO富集分析(見圖2)。在細(xì)胞組成中，主要富集于核糖體(ribosome)、胞質(zhì)腔(cytosolic part)、細(xì)胞質(zhì)核糖體(cytosolic ribosome)等。在分子功能中，主要富集于核糖體結(jié)構(gòu)成分(structural constituent of ribosome)、細(xì)胞黏附分子結(jié)合(cell adhesion molecule binding)、鈣黏著蛋白結(jié)合(cadherin binding)等。在生物過程中，主要富集于翻譯起始(translational initiation)、核轉(zhuǎn)錄的mRNA分解(nuclear-transcribed mRNA catabolic process)、病毒基因表達(dá)(viral gene expression)等。

氣象科技是用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對氣象衛(wèi)星反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和傳播，這就需要工作人員兼有卓越的計(jì)算機(jī)能力和氣象服務(wù)專業(yè)知識。然而，近十幾年我國著力于培養(yǎng)專業(yè)性人才，這種復(fù)合型人才相對較少，所以，在氣象科技服務(wù)工作方面還需要更多的專業(yè)性人才。

2 結(jié)果

挖掘數(shù)據(jù)集GSE150115，分析5例UC患者的腸道黏膜活檢組織的10×Genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)。進(jìn)行細(xì)胞亞群分類、巨噬細(xì)胞識別、細(xì)胞間差異基因篩選，并利用基因本體論(gene ontology，GO)和京都基因與基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生物信息學(xué)分析。

本研究試圖通過挖掘單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)分析UC患者腸道中的巨噬細(xì)胞功能，以期為UC的發(fā)生機(jī)制和針對性治療提供依據(jù)。

通過數(shù)據(jù)比較分析，篩選

<0.05的cluster 1巨噬細(xì)胞的標(biāo)記基因，共476個差異基因。其中高表達(dá)的基因?yàn)镃R1、BCL11A、FAM129C等，低表達(dá)的基因?yàn)镃NOT1、EVL、PAPOLA等，表中列出高表達(dá)和低表達(dá)各10個基因(見表1)。

對測序獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控，得到高質(zhì)量Reads。采用Seurat軟件進(jìn)行細(xì)胞過濾、標(biāo)準(zhǔn)化、亞群分類、巨噬細(xì)胞識別，并通過差異倍數(shù)log2 FC為條件作為細(xì)胞間差異基因篩選及統(tǒng)計(jì)。

對差異基因進(jìn)行KEGG富集分析(見圖3)，發(fā)現(xiàn)最顯著富集的通路為核糖體信號通路，富集因子為0.35，

值為2.22E-44。

3 討論

巨噬細(xì)胞作為腸道白細(xì)胞中占比最高的細(xì)胞，可作為抗原提呈細(xì)胞，調(diào)節(jié)著機(jī)體的先天性及適應(yīng)性免疫應(yīng)答，從而引起腸道損傷

。有研究

表明，UC患者腸黏膜中存在大量巨噬細(xì)胞，并在不同因素的刺激下，極化成兩種不同的類型：經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞和替代活化巨噬細(xì)胞，產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)。兩者的失衡是腸道炎癥發(fā)生的關(guān)鍵。

活化的巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生補(bǔ)體，補(bǔ)體又通過巨噬細(xì)胞表面受體影響巨噬細(xì)胞功能，可能參與UC的發(fā)病機(jī)制

。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)I型補(bǔ)體受體(complement receptor 1,CR1)在UC患者的腸道巨噬細(xì)胞中高表達(dá)。既往研究

認(rèn)為，相比克羅恩病患者及健康人，UC患者血清中有高濃度的CR1，而該指標(biāo)與糞鈣衛(wèi)蛋白含量呈正比。此外，UC患者的腸道菌群多樣性下降，該研究認(rèn)為CR1主要通過補(bǔ)體依賴的微生物溶解作用從而引起微生態(tài)失調(diào)，導(dǎo)致UC的發(fā)生。也有研究

表明，CR1可以顯著降低B細(xì)胞活化的閾值，從而激活B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫。除了CR1，本研究通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分析還發(fā)現(xiàn)BCL11A、FAM129C等基因在UC腸道巨噬細(xì)胞中表達(dá)有顯著性差異，提示這些基因可能參與UC發(fā)病過程，今后可進(jìn)一步深入研究。

通過對巨噬細(xì)胞差異基因的GO分析，我們發(fā)現(xiàn)這些差異基因主要集中于翻譯起始、核轉(zhuǎn)錄mRNA的分解等生物過程，參與構(gòu)成核糖體及其大小亞基。KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)，最顯著富集的是核糖體信號通路。核糖體由rRNA和核糖體蛋白構(gòu)成，在翻譯起始、共折等功能上發(fā)揮重要作用。有研究

表明，結(jié)腸黏膜的破壞可導(dǎo)致核糖體的減少及蛋白質(zhì)合成的抑制，從而導(dǎo)致UC的發(fā)病。核糖體蛋白作為核糖體的重要組成部分，可能通過影響翻譯功能、蛋白形成從而導(dǎo)致人體免疫功能紊亂

。另有研究

發(fā)現(xiàn)，敲低核糖體蛋白表達(dá)后，腸道黏膜損傷修復(fù)能力下降。核糖體蛋白的合成狀態(tài)也與UC疾病有關(guān)。在UC患者中，核糖體蛋白的合成處于抑制狀態(tài)，而治療后核糖體蛋白的合成處于促進(jìn)狀態(tài)

。由此可見，核糖體蛋白可能參與了UC的發(fā)病過程。核糖體蛋白被激活后，可影響mRNA的翻譯效率，調(diào)控蛋白質(zhì)的合成和細(xì)胞生長，影響炎癥的發(fā)生

。應(yīng)用藥物干預(yù)核糖體信號通路，有助于減輕腸道炎癥

。

本研究通過單細(xì)胞測序分析初步探討UC患者腸道巨噬細(xì)胞的功能，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞的核糖體信號通路可能參與UC疾病過程。針對核糖體信號通路研發(fā)相關(guān)藥物，可能是UC治療的一個研究方向。

[1] 中華醫(yī)學(xué)會消化病學(xué)分會炎癥性腸病學(xué)組. 炎癥性腸病診斷與治療的共識意見(2018年，北京)[J]. 中華消化雜志, 2018, 38(5): 292-311. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-1432.2018.05.002.

[2] Ng SC, Shi HY, Hamidi N, et al. Worldwide incidence and prevalence of inflammatory bowel disease in the 21st century: a systematic review of population-based studies [J]. Lancet, 2017, 390(10114): 2769-2778. DOI: 10.1016/S0140-6736(17)32448-0.

[3] 金圣博, 丁雪麗, 劉愛玲, 等. IgG及IgM對活動期潰瘍性結(jié)腸炎患者病情的預(yù)測價值[J]. 胃腸病學(xué)和肝病學(xué)雜志, 2020, 29(9): 998-1002. DOI: 10.3969/j.issn.1006-5709.2020.09.009.

Jin SB, Ding XL, Liu AL, et al. The predictive value of IgG and IgM in patients with active ulcerative colitis [J]. Chin J Gastroenterol Hepatol, 2020, 29(9): 998-1002. DOI: 10.3969/j.issn.1006-5709.2020.09.009.

[4] Youssif C, Cubillos-Rojas M, Comalada M, et al. Myeloid p38α signaling promotes intestinal IGF-1 production and inflammation-associated tumorigenesis [J]. EMBO Mol Med, 2018, 10(7): e8403. DOI: 10.15252/emmm.201708403.

[5] Vegh P, Haniffa M. The impact of single-cell RNA sequencing on understanding the functional organization of the immune system [J]. Brief Funct Genomics, 2018, 17(4): 265-272. DOI: 10.1093/bfgp/ely003.

[6] Kobayashi T, Siegmund B, Le Berre C, et al. Ulcerative colitis [J]. Nat Rev Dis Primers, 2020, 6(1): 74. DOI: 10.1038/s41572-020-0205-x.

[7] Geremia A, Biancheri P, Allan P, et al. Innate and adaptive immunity in inflammatory bowel disease [J]. Autoimmun Rev, 2014, 13(1): 3-10. DOI: 10.1016/j.autrev.2013.06.004.

[8] Gren ST, Grip O. Role of monocytes and intestinal macrophages in Crohn’s disease and ulcerative colitis [J]. Inflamm Bowel Dis, 2016, 22(8): 1992-1998. DOI: 10.1097/MIB.0000000000000824.

[9] Lee SH, Kwon JE, Cho ML. Immunological pathogenesis of inflammatory bowel disease [J]. Intest Res, 2018, 16(1): 26-42. DOI: 10.5217/ir.2018.16.1.26.

[10] Zhuo Y, Li D, Cui L, et al. Treatment with 3,4-dihydroxy-phenylethyl alcohol glycoside ameliorates sepsis-induced ALI in mice by reducing inflammation and regulating M1 polarization [J]. Biomed Pharmacother, 2019, 116: 109012. DOI: 10.1016/j.biopha.2019.109012.

[11] 楊凈, 龍世棋, 熊研, 等. UC活動期及恢復(fù)期差異基因的生物信息學(xué)分析[J]. 貴州醫(yī)藥, 2020, 44(3): 339-342. DOI: 10.3969/j.issn.1000-744X.2020.03.001.

Yang J, Long SQ, Xiong Y, et al. Bioinformatics analysis of differential genes in UC active and recovery phases [J]. Guizhou Medical Journal, 2020, 44(3): 339-342. DOI: 10.3969/j.issn.1000-744X.2020.03.001.

[12] Cleynen I, Konings P, Robberecht C, et al. Genome-wide copy number variation scan identifies complement component C4 as novel susceptibility gene for Crohn’s disease [J]. Inflamm Bowel Dis, 2016, 22(3): 505-515. DOI: 10.1097/MIB.0000000000000623.

[13] Fearon DT, Locksley RM. The instructive role of innate immunity in the acquired immune response [J]. Science, 1996, 272(5258): 50-53. DOI: 10.1126/science.272.5258.50.

[14] Do KH, Park SH, Kim J, et al. Ribosome inactivation leads to attenuation of intestinal polymeric Ig receptor expression via differential regulation of human antigen R [J]. J Immunol, 2016, 197(3): 847-858. DOI: 10.4049/jimmunol.1502047.

[15] Wu WC, Liu HW, Lin A. Human ribosomal protein L7 dispalys an ER binding property and is involved in ribosome-ER association [J]. FEBS Lett, 2007, 581(4): 651-657. DOI: 10.1016/j.febslet.2007.01.023.

[16] Toiyama Y, Mizoguchi A, Kimura K, et al. Persistence of gene expression changes in noninflamed and inflamed colonic mucosa in ulcerative colitis and their presence in colonic carcinoma [J]. World J Gastroenterol, 2005, 11(33): 515l-5155. DOI: 10.3748/wjg.v11.i33.5151.

[17] 王靜. 脾氣虛證相關(guān)基因RPS20在IEC-6細(xì)胞的生物功能鑒定[D]. 廣州: 廣州中醫(yī)藥大學(xué), 2009.

[18] Lin Y, Xiong W, Xiao S, et al. Pharmacoproteomics reveals the mechanism of Chinese dragon's blood in regulating the RSK/TSC2/mTOR/ribosome pathway in alleviation of DSS-induced acute ulcerative colitis [J]. J Ethnopharmacol, 2020, 263: 113221. DOI: 10.1016/j.jep.2020.113221.

[19] 郝彥偉, 張怡, 周雪雷, 等. 基于mTOR/p-S6K1探討加味附子理中湯干預(yù)UC大鼠腸黏膜炎癥反應(yīng)的效應(yīng)機(jī)制[J]. 中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志, 2020, 26(13): 59-65. DOI: 10.13422/j.cnki.syfjx.20201340.

Hao YW, Zhang Y, Zhou XL, et al. Exploring mechanism of modified Fuzi Lizhongtang in intervening inflammatory response of intestinal mucosa in rats with ulcerative colitis based on mTOR/p-S6K1 [J]. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae, 2020, 26(13): 59-65. DOI: 10.13422/j.cnki.syfjx.20201340.

[20] Hu S, Chen M, Wang Y, et al. mTOR inhibition attenuates Dextran sulfate sodium-induced colitis by suppressing T cell proliferation and balancing TH1/TH17/Treg profile [J]. PLoS One, 2016, 11(4): e0154564. DOI: 10.1371/journal.pone.0154564.