潰瘍性結腸炎（UC）是一種慢性炎癥性腸道疾病，Vedolizumab（VDZ）作為一種抗整合素抗體，已被證實對UC治療有效。盡管VDZ主要通過抑制淋巴細胞向腸道的遷移發揮作用，但其對其他細胞亞群的影響尚不明確。因此，本研究旨在深入探討VDZ對UC患者不同細胞亞群的影響。

題目：Single-cell and spatial multi-omics highlight effects of anti-integrin therapy across cellular compartments in ulcerative colitis

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-45665-6

研究領域：潰瘍性結腸炎、抗整合素治療

樣本類型：外周血和結腸活檢樣本

關鍵技術平臺：10x Genomic單細胞測序平臺，CosMx™ SMI單細胞空間原位分子成像平臺

01 研究思路圖

02 樣本收集與處理

1. 收集健康對照組和UC患者的外周血及結腸活檢樣本。

2. 樣本分為新鮮處理和冷凍保存兩種方式，以比較兩者在單細胞轉錄組分析中的差異。

3. 使用不同的保存和處理方法，包括RNAlater保存、冷凍介質保存以及組織固定和石蠟包埋（FFPE）。

（b）冷凍保存與新鮮活檢處理比較示意圖。（c）兩個供體10,648個細胞的代表性UMAP可視化分析。（d）細胞亞群注釋結果。

03 主要研究方法

1. 單細胞轉錄組學（scRNA-seq）：

使用10x Genomics平臺，對外周血和結腸活檢樣本進行單細胞轉錄組分析。通過Seurat和Scanpy等生物信息學工具進行數據預處理、雙細胞檢測、細胞聚類和差異表達基因分析，以識別VDZ治療相關的細胞亞群和特征基因。

外周血白細胞(PBLs)的scRNA數據顯示VDZ與差異基因相關，但與循環白細胞亞群頻率無關。

2. 蛋白質組學（CITE-seq）

利用CITE-seq技術結合單細胞RNA測序和抗體為基礎的蛋白表達檢測，對細胞表面蛋白進行高通量測量，以建立細胞表面蛋白圖譜。

粘膜活檢的scRNA-seq和CITE-seq突出了與炎癥嚴重程度、疾病狀態和VDZ治療相關的多個免疫和非免疫亞群。

3. 空間多組學：

使用多種技術（如MIBI、CODEX和CosMx™ SMI）對固定樣本進行空間轉錄組和蛋白質組分析，以評估組織微環境中細胞亞群的空間分布和相互作用。

對FFPE標本進行CosMx空間轉錄組學分析（單細胞分辨率），確定了在治療前活化的MNP、成纖維細胞和IEC隱窩基亞群中VDZ響應的組織特征。

04 主要發現

1. VDZ治療與MNP亞群的變化相關，同時對淋巴細胞的影響較小。

2. VDZ治療可能通過減少MNP的遷移和激活、降低炎癥性成纖維細胞和內皮細胞的激活，促進腸道上皮細胞的恢復。

3. 通過空間多組學分析，研究者們揭示了VDZ治療前后細胞亞群在組織中的空間分布變化。

05 總結

研究表明VDZ可能通過減弱MNP的遷移和激活、減少炎癥性成纖維細胞和內皮細胞的激活，從而促進腸道上皮細胞的恢復。此外，研究還探討了多種多組學平臺在冷凍保存的活檢樣本和FFPE（甲醛固定石蠟包埋）組織上的適用性，為分析患者衍生的生物標本提供了有力的互補方法。

這項研究的重要意義在于，它提供了關于UC和VDZ治療的細胞和基因因素的全面了解，并可能有助于開發更精確的治療策略，特別是在預測治療響應方面。通過結合單細胞和空間多組學方法，研究者們能夠更深入地了解治療響應的細胞基礎，為未來的個性化醫療提供了新的見解。
 

參考文獻：Mennillo, Elvira et al. “Single-cell and spatial multi-omics highlight effects of anti-integrin therapy across cellular compartments in ulcerative colitis.” Nature communications vol. 15,1 1493. 19 Feb. 2024, doi:10.1038/s41467-024-45665-6

SBC先后搭建GeoMx® DSP和CosMx™ SMI兩大空間組學研究平臺，并與NanoString攜手共建DSP空間組學“卓越中心”，搭配10x Visium CytAssist以及LCM+timsTOF Pro 4D非靶向深度空間蛋白組平臺，打造空間生物學全鏈條創新多組學平臺及解決方案，助力科學發現。