7月，小编为大家解析的单细胞测序发现肝癌（HCC）炎癌转化机制的文章在业内引起了一波轰动（烈冰助力发表免疫顶刊Immunity第一弹~详情戳这里），8月，烈冰用户再次传来好消息，Immunity重磅呈现第二弹——硒在炎症性肠炎（IBD）中诱导T细胞分化中的关键作用。

2021年8月2日，浙江大学生命科学研究院靳津课题组和浙江大学医学院附属邵逸夫医院曹倩课题组（博士研究生黄灵洁、毛信韬和东南大学副研究员李异媛为本文的共同第一作者）合作在Immunity（IF=31.745）发表题为Multiomic analyses reveal a critical role of selenium in controlling T cell differentiation in Crohn’s disease 的文章。

烈冰生物参与了本研究的单细胞数据分析工作。下面，我们跟随大佬步伐，一起了解下本文研究思路和数据分析过程。

01 样本信息

实验分组：健康人(n=3)，克罗恩病（Crohn’s disease, CD n=6)，溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC n=6)患者的结肠活检组织

单细胞捕获平台：10X Genomics

细胞数量：63,314 CD45+ 免疫细胞

02 技术手段

流式细胞分选

单细胞转录组测序

液相-色谱分析LC-MS

细胞内细胞因子染色ICS

RNA-seq

模型构建

临床评价

03 单细胞分析工具应用

细胞类型鉴定

subCluster分析

差异基因表达分析

细胞通讯分析

04 结果分析

1.IBD患者结肠免疫细胞类型鉴定

利用单细胞测序技术，作者从15个样本中共获得了63314个CD45+免疫细胞，其中包括IBD特异性的细胞类型，为了进一步阐明免疫细胞群的异质性，作者将这些细胞划分为CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞、髓系细胞、自然杀伤(NK)细胞和固有淋巴细胞(ILCs)。对CD和UC患者的免疫细胞进行鉴定，发现了Th1-like细胞特异性的出现在CD患者中，Th17-like细胞特异性的出现在UC患者中。

2.CD４＋效应T细胞的分化

作者在研究中发现，CD和UC患者的结肠黏膜的免疫细胞组成存在一些差异，应用细胞通讯分析、差异基因和代谢组分析，进一步阐明CD4+效应T细胞在这两种疾病中的极化机制，发现CD4+效应T细胞在CD和UC患者中表现的不同反应模式，并不是由于先天免疫细胞诱导的特异性细胞因子，可能是由于代谢组分的变化诱发T细胞的分化模式的不同。

3.含硒化合物调控T细胞的分化

作者利用代谢组分析对94个样本（32个CD患者，32个UC患者和30个健康人）中的1994种代谢产物进行PCA分析，发现在CD和UC中存在92种和275种特异性变化的代谢物。对CD患者群体的不同定量代谢产物变化趋势进行分析，发现油酸、鞘氨醇和琥珀腺苷与CD的严重程度呈正相关，而5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）、3-磷酸甘油酸和3'-磷酸腺苷硒酸呈负相关。

进一步利用体外实验发现亚硒酸盐在Th1细胞分化中起着关键作用，抑制Th1细胞的分化促进T细胞的增殖，且当添加硒元素时，CD患者的症状随着硒元素浓度的增加而有所缓解，但其潜在机制有待进一步研究。

4.硒调控Th1细胞的分化机制

为了阐明硒调控Th1细胞的分化机制，作者对Th1细胞（亚硒酸盐处理）进行代谢组学分析，发现差异代谢物主要是一些氨基酸和嘌呤，进一步的验证发现，当用硒处理后，Th1细胞中和嘌呤相关的基因表达上调，差异表达基因主要集中在单碳和叶酸代谢过程中。

对亚硒酸盐处理的Th0和Th1细胞进行蛋白组学分析，发现其促进了多种硒蛋白的表达，其中硒蛋白W（SELW）调控单碳代谢和嘌呤补救途径，介导活性氧 (ROS)的清除，从而影响了Th1细胞分化。

5.体内实验验证亚硒酸盐的作用

作者建立一个T细胞转化诱导的结肠炎模型，发现硒的缺少会使得小鼠的体重显著下降，结肠上皮细胞脱落。在补充硒的小鼠中，结肠的长度显著增长，且体重无明显下降，表明硒缺乏时，会加重结肠炎且使得Th1细胞数量的增加，即硒的存在可以缓解IBD的症状。接下来在临床实验中，患者通过口服亚硒酸钠发现临床症状有缓解，Th1细胞介导的免疫被抑制。

总结：

该合作团队利用单细胞转录组测序和代谢组分析，系统解析了CD和UC患者的肠道免疫细胞图谱及代谢改变，阐明了CD结肠中独特的代谢改变塑造局部黏膜免疫应答模式的机制。补充硒制剂有望通过抑制Th1细胞分化来缓解CD肠道炎症。此研究为IBD免疫-代谢机制的发现提供了一种新思路，对于全面理解CD和UC的发病机制差异、开发靶向特定疾病的治疗策略有重要的价值。

烈冰生物具备全套单细胞分选平台，为您提供完整的单细胞转录组测序全服务流程，涉及各种类型样本制备、完善的实验质控流程、个性化的数据分析。

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