文献解读 | 单细胞测序揭示B细胞扩增在肠道粘膜愈合中的阻碍作用

肠道屏障处的B细胞通过浆细胞产生免疫球蛋白（Ig）A和IgM抗体。与健康个体相比，炎症性肠病（IBD）患者的浆细胞数量和局部IgA会发生改变。虽然研究表明B细胞在IBD中具有病理作用，但仍然缺乏支持这一观点的因果和机制研究。另外感染和损伤会诱导炎症驱动的再生，这受到肠道干细胞（ISC）和免疫细胞的高度调控，但确定影响肠道组织再生的细胞机制仍然不清晰。

2022年12月2日，来自瑞典卡罗林斯卡学院的Eduardo J. Villablanca研究团队在期刊Immunity 上发表了题为 B cell expansion hinders the stroma-epithelium regenerative cross talk during mucosal healing的文章，研究人员运用scRNA-seq结合空间转录组学检测了肠道损伤和再生过程中的免疫细胞组成，揭示了B细胞在IBD和粘膜愈合（MH）过程中的动态变化和肠道组织再生机制。

01 实验性结肠炎后恢复期间B细胞扩增

为了深入了解控制MH的细胞机制，研究人员首先研究了葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型中肠道损伤期间的细胞浸润以及随后恢复阶段的细胞组成变化。实验分析显示，到第14天炎症诱导损伤后的组织恢复。流式细胞术分析显示，CD11cnegB220+细胞（证实是B细胞）在第14天是优势细胞群，并且在首次DSS暴露后第28天之前一直存在于结肠组织中，而其他细胞类型恢复到炎症前的水平。结肠切片的组织学分析显示，与第0天相比，第14天扩大的TLS中主要发现B细胞数量升高。将研究发现映射到人类数据集中，证实了B细胞会在炎症期增加。总之，这些结果表明在结肠炎实验模型的恢复阶段，B细胞急剧扩增，成为结肠组织内最主要的免疫细胞类型。

02 scRNA-seq分析揭示了B细胞在恢复过程中的异质性变化

接着，研究人员通过流式分选和scRNA-seq对第0天和第14天收集的CD45+CD3−CD19+B细胞进行分析。结果显示与第0天相比，第14天IFN诱导的亚群扩大了7倍。进一步表征IFN诱导的B细胞，发现IFN诱导的B细胞中差异上调的基因通过MHC I类富集了与IFN反应和抗原呈递相关的基因。此外，与第0天相比，从第14天开始，这些细胞中的Stat1、Tgtp2和Zbp1上调。使用RNA scope，证实了MH期间B细胞中Zbp1转录本的增加，特别是在边缘或滤泡区域之外的受损组织中。进一步分析，鉴定到了与IFN诱导的B细胞相关的表面标志物：Cd274（PD-L1）[与自身免疫性疾病相关]和Ly6a（Sca-1），它们在IFN诱导的B细胞亚群中高表达。使用免疫荧光验证了接受MH（第14天）的小鼠结肠中IFN诱导的B细胞（CD19＋Sca-1＋PD-L1＋）的存在，与健康区域相比，它们主要存在于受损区域。总而言之，scRNA-seq分析揭示了在MH期间扩增的独特B细胞群，其特征是与IFN反应相关的基因表达程序激活，并且与受损组织相关。

03 恢复期间B细胞耗竭导致组织再生增强

接着进一步研究MH期间B细胞的生理功能。由于肠道B细胞的主要作用是通过分化成浆细胞并产生IgA来塑造微生物群，研究发现与对照相比（存在B细胞），B细胞消耗（BCD）小鼠的MH期间IgA显著减少，而16Sr RNA测序没有观察到微生物群组成的重大变化，表明MH期间BCD和IgA的减少不影响总的微生物群组成。此外，与对照小鼠相比，DSS诱导的结肠炎后MH期间的BCD导致更快的体重恢复。组织学分析显示，与对照相比BCD小鼠在MH期间的溃疡显著减少，表明B细胞损害了组织修复。转录组表达谱分析发现与对照相比，B细胞功能相关的基因在BCD小鼠中下调。KEGG通路富集分析显示，参与细胞因子信号传导和炎症基因在BCD中同样下调；而MH期间B细胞的耗竭导致与细胞外基质（ECM）、上皮发育和粘蛋白生物合成相关的转录本表达增加，表明B细胞参与炎症和组织重塑过程的调节。

04 粘膜愈合过程中存在B细胞依赖性基质-上皮细胞反应的协调

基质细胞和上皮细胞是组织修复过程中的核心参与者，也是ECM的主要调节因子。研究人员对在MH（第14天）期间从有或没有B细胞的小鼠中分离的基质细胞和上皮细胞（IEC）应用“主题模型”（LDA假设）。与BCD小鼠相比，主题1在对照组中更为突出，其特征在于参与组织重塑的基因，以及定义ISC生态位的基因。来自主题1的前10个基因的KEGG通路分析显示了与组织重塑和再生相关的通路。总之，使用LDA进行的主题分析表明，MH期间的BCD影响了基质和IEC转录组程序，这主要与组织重塑有关。

05 在粘膜愈合过程中，B细胞耗竭不会改变内在的上皮细胞和基质细胞程序

进一步对基质细胞和上皮细胞进行单细胞分析，发现与对照小鼠相比，BCD中肠细胞E2略有增加，上皮-间充质转化（EMT）和EEC细胞数量减少。相比之下，对基质细胞数量的分析表明，与对照组相比，BCD中只有端细胞扩增。另外观察到大多数DEG位于S2（滋养细胞）和S3（Bmp5基质细胞）中。总之，scRNA-seq分析显示，MH期间B细胞的缺失并没有显著影响IEC和基质细胞组成，而显著影响了与组织重塑相关的基因表达。

06 B细胞削弱基质细胞和上皮细胞之间的相互作用

研究人员利用已发表文章中MH（第14天）期间整个结肠的ST（Visium，10X基因组学）数据集，并整合了来自IEC和基质细胞的scRNA-seq数据集。NNMF分析推断出与B细胞和TLS相关的活性图谱。此外，还确定了与组织重塑相关的区域，该区域由胶原蛋白（Col1a1/2，Col6a1/2）和参与EMT（Sparc，Pdgfra）的基因表达定义。进一步地，还定义了“组织损伤”区域（组织损伤相关基因高转录水平）。在确定了组织损伤和重塑的区域后，通过scRNA-seq获得的亚群映射到这些区域，分析发现表征EMT、E1和ISC以及端细胞、滋养细胞、Bmp5+基质细胞（SCs）和Pdgfra+SCs的基因特征主要存在于这些区域。与对照小鼠相比，BCD中基质和IEC单细胞数据集之间的潜在相互作用总体增加。KEGG信号通路分析显示，与对照动物相比，BCD中涉及ECM受体的潜在相互作用以及黏着斑增加。

07 B细胞耗竭会缩短基质成纤维细胞和上皮细胞之间的距离

通过ST进一步分析，研究人员证实了BCD有利于基质细胞和IEC之间的物理相互作用。接着为了研究B细胞是否影响基质细胞和上皮细胞之间的物理相互作用，多重染色分析显示在MH期间，B细胞的存在和内皮细胞（CD31+）以及与上皮细胞（EpCAM+）密切接触的基质细胞的缺失有关。此外，还观察到B细胞附近胶原VI的表达降低，表明B细胞损害了胶原介导的重塑。另外，MH期间B细胞的耗竭导致全成纤维细胞（Vimentin+）和端细胞（PDGFRα+）与相邻上皮细胞的接近度增加。这些结果表明，在MH期间，B细胞扩增在物理上扰动了基质上皮ISC生态位。

08 活化的B细胞损害IEC-成纤维细胞相互作用

为了测试B细胞在再生过程中是否会影响基质细胞和上皮细胞之间的相互作用，研究人员设计了一个原代成纤维细胞和上皮类器官共培养系统。在该系统中，类器官到球状体的存活率和分化率与周围成纤维细胞的数量成正比。研究者观察到添加活化的B细胞会降低类器官存活率，并且通过添加IFN诱导的B细胞可以增强这种表型。此外，还观察到BCD小鼠产生的类器官具有更高的隐窝结构域形成，表明在没有B细胞的情况下上皮再生能力有所提高，而IFN感应B细胞的缺失增加了肠道来源类器官中隐窝结构域的形成。总之，这些结果表明，活化的B细胞，以及较小程度的IFN诱导的B细胞，可以在功能上损害愈合肠道中的上皮再生能力。

结论和意义

本文使用单细胞和全组织水平的转录组学分析以及功能丧失实验揭示了B细胞积累的影响。IFN诱导的B细胞亚群扩增主要位于受损区域，与结肠炎严重程度相关。B细胞耗竭加速了损伤后的恢复，减少了上皮溃疡，并增强了与组织重塑相关的基因表达程序。在粘膜愈合过程中，B细胞减少了基质细胞和上皮细胞之间的相互作用。活化的B细胞破坏了类器官存活所需的上皮-基质互作。因此，损伤期间的B细胞扩增会损害粘膜愈合所需的上皮-基质细胞相互作用，从而对IBD的治疗产生影响。这一研究结果为溃疡型结肠炎患者中B细胞的积累提供了解释，并支持BCD可能有助于实现缓解的可能性。

参考文献：

Frede A, Czarnewski P, Monasterio G, Tripathi KP, Bejarano DA, Ramirez Flores RO, Sorini C, Larsson L, Luo X, Geerlings L, Novella-Rausell C, Zagami C, Kuiper R, Morales RA, Castillo F, Hunt M, Mariano LL, Hu YOO, Engblom C, Lennon-Duménil AM, Mittenzwei R, Westendorf AM, Hövelmeyer N, Lundeberg J, Saez-Rodriguez J, Schlitzer A, Das S, Villablanca EJ. B cell expansion hinders the stroma-epithelium regenerative cross talk during mucosal healing. Immunity. 2022 Dec 13;55(12):2336-2351.e12. doi: 10.1016/j.immuni.2022.11.002. Epub 2022 Dec 2. PMID: 36462502.