本期介绍的是来自首都医科大学Jian Yang和Gang Wang研究团队于2024年8月发表在Advanced Science（IF=14.3）杂志上，名为Integrated Single-Cell RNA-seq and ATAC-seq Reveals Heterogeneous Differentiation of CD4+ Naive T Cell Subsets is Associated with Response to Antidepressant Treatment in Major Depressive Disorder的文章。文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202308393

背景：

患者耐药是各种疾病在治疗过程中遇到的最主要的困难之一，不仅耽误病人的治疗进度，也造成大量的资源损失。但是不同患者背后的耐药机制相当复杂，目前仍需要深入的研究，探索其更加准确的耐药机制，以期为不同的患者制定个性化的治疗手段。

抑郁症和免疫细胞之间具有紧密的联系，尤其是淋巴细胞亚群。在本期介绍的推文中，该研究团队对8例抑郁症患者和8名健康人的外周血单核细胞（PBMCs）进行了scRNA-seq检测，以获得抑郁症患者循环免疫细胞亚群的转录图谱。此外，还在相同的样本上进行了转座酶可及染色质测序（ATAC-seq），以分析开放染色质区域，并在表观基因组水平上定义抑郁症相关的基因调节元件。为了验证从scRNA-seq分析中观察到的免疫细胞比例的变化，该研究还对35例抑郁症患者和40名健康个体的PBMCs进行了流式细胞术检测。这使该研究能够揭示抑郁症相关的细胞亚群特异性转录组变化，并为抑郁症的细胞异质性提供可靠的见解。

结果

1.scRNA-seq鉴定了抑郁症患者几种不同的PBMC簇和分化途径

 scRNA-seq质控筛选了7例抑郁症患者（4例治疗应答患者，3例治疗无应答患者）和7例健康个体进行后续分析（图A）。所有PBMCs可以分为10个不同的簇（图B和C）。与健康对照组相比，抑郁症患者的B细胞和初始T细胞比例较低，而GZMH+CD8+ Tm细胞比例较高（图D）。健康个体和抑郁症患者的初始T细胞有349个DEGs，GZMH+CD8+ T细胞有794个，B细胞有429个DEGs（图E和F）。GO功能富集分析揭示表达上调的基因与白细胞分化、活化和抗原提呈或细胞骨架形成相关，而表达下调的基因与中性粒细胞活化、mRNA和蛋白质合成相关（图G和H）。

2.初始T细胞与抗抑郁药治疗效果相关

在基线或开始抗抑郁药治疗后，与健康对照相比，抑郁症患者的初始T细胞比例始终较低，而GZMH+CD8+ Tm细胞比例始终较高（图A和E）。初始T细胞比例与17项汉密尔顿抑郁量表（HAMD-17, r =−0.22，p = 0.39）或16项快速抑郁症状自评量表（QIDS, r =−0.37，p = 0.10）评分呈负相关趋势，但在GZMH+CD8+ Tm细胞中未观察到这一趋势（图B-D，F-H）。为进一步明确初始T细胞与治疗应答的关系，将患者分为应答组（4例）和无应答组（3例）。在基线时，无应答组的初始T细胞比例显著低于健康对照组（图J），但仅在有应答组中呈现下降趋势。抗抑郁治疗12周后，应答者和无应答者的初始T细胞与基线相比均无显著增加。然而，在健康个体与应答者或无应答者之间，GZMH+CD8+ Tm细胞无显著差异（图I-K）。

3.亚群分析揭示具有异常代谢过程的CD4+初始T细胞与抗抑郁症反应相关

使用顶级变量特征和基于参考的注释将初始T细胞分为5个亚群，其中CD4+初始T细胞是主要亚群（图A和B，E）。基线时，应答组和无应答组的CD4+初始T细胞比例均显著低于健康对照组，而无应答组的CD4+初始T细胞比例低于应答组。在第12周结束时，应答组和对照组的CD4+初始T细胞比例相似，但无应答组的比例仍然低于对照组。与健康对照相比，抑郁症患者中丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路相关基因，如JUN， JUNB和FOS的表达显著降低（图D）。应答组与无应答组相比，差异基因主要与与线粒体能量代谢和电子传递相关，如MT-CO1、MT-CO2、MT-ND2、MT-ND3和MT-ND4基因。另一类DEGs在基线时在应答组中显著上调。这些基因编码的蛋白主要负责转录调控，以诱导淋巴细胞的发育和分化，如KLF2、LRRN3、ETS1和GIMAP4基因。抗抑郁治疗后，与无应答或健康个体相比，编码抗原提呈能力、免疫反应、杀菌和能量供应功能的基因，如CYBA、GIMAP7、MT-ND1和HLA-c的表达显著上调。

4.轨迹分析显示特异性CD4+初始T细胞与抗抑郁药效果相关

伪时间分析显示状态1（细胞命运1）和状态2（细胞命运2）是伪时间轨迹的终点，且状态1的细胞在有应答者中比无应答者中富集更多（图A-C）。差异基因分析和GO富集表明，状态1细胞具有明显的免疫激活和RNA转录过程表达增加的特征，如HLA-B、CD69、FOS等（图D-E）。在伪时间进程中，MAPK通路中的炎症调节因子，如JUN， JUNB和Fos，在状态1细胞中显著上调（图F）。

5.ATAC-Seq鉴定不同的转录因子（TF）结合基序

该研究使用批量ATAC-Seq来分析开放染色质区域，并在表观基因组水平上定义抑郁症相关的基因调控元件（图A）。从31个个体中共获得103968个峰，分析了4662个差异可及峰（图B）。在抑郁症患者中，受下调的可及峰控制的基因富集于细胞活化和分化通路，如白细胞活化和分化（图C）。基序分析揭示Myc家族的结合位点，如c-Myc和n-Myc等（图D）。此外，Myc主要在初始T细胞中表达（图E）。基线时，与无应答者相比，有应答者的MAPK通路明显上调（图H）。基序发现分析表明，ETS转录因子家族，尤其是ETV4，其表达在应答者中显著上调(图I)。

6.流式细胞术确定抑郁症患者初始T细胞的变化

为了验证抑郁症患者抗抑郁治疗前后CD4+初始T细胞的分化情况，纳入35例未服用抗抑郁药物的抑郁症患者（19例有效，16例无效）和40名健康对照者进行流式细胞术检测。与scRNA-seq结果一致，基线时，抑郁症患者的CD4+初始T细胞比例低于健康对照组，第0周时，无应答组的CD4+初始T细胞比例低于应答组。抗抑郁治疗12周后，艾司西酞普兰对CD4+初始T细胞有正向调节作用。CD8+初始T细胞也表现出与CD4+初始T细胞相似的变化。值得注意的是，患者的HAMD-17减分率仅与CD4+初始T细胞呈正相关。

7.功能性免疫检测涉及与抗抑郁药治疗效果相关的不同细胞因子

为了确定可能阐明这些发现的功能性免疫意义的免疫变量，该研究测定了患者血浆中干扰素γ（IFN-γ）、白细胞介素4 （IL-4）、IL-5、IL-17A、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、颗粒酶B、IL-10和转化生长因子β（TGF-β）的水平。基线时，有应答者和无应答者的IL-17A水平有显著差异。此外，基线时，无反应组的IFN-γ水平显著高于有反应组或健康对照组。

总结

这项研究阐明了与抑郁症相关的关键免疫细胞亚群，并提示CD4+初始T细胞的减少是抗抑郁药疗效不佳的可靠预测因素。该研究还发现应答者中存在特异性免疫激活的CD4+初始T细胞亚群，并强调这些细胞的活化可能是由ETS-MAPK通路介导的。动态转录组信号分析证实免疫细胞类型之间的功能通路和复杂的相互作用，并为抗抑郁治疗反应的细胞基础提供了新的见解。