单细胞分析揭示儿童肥胖相关哮喘中独特的 CD4+ T 细胞亚群

为探究儿童肥胖相关哮喘发病机制，美国阿尔伯特?爱因斯坦医学院研究人员开展单细胞转录组研究，发现多种 CD4+ T 细胞亚群与疾病相关，为治疗提供新思路。

　　儿童哮喘是一种常见的慢性疾病，严重影响孩子们的生活质量。哮喘的发病机制复杂多样，其中肥胖相关哮喘更是一个棘手的问题。传统观念认为，大多数儿童哮喘属于特应性哮喘，但实际上，有相当一部分儿童哮喘属于非特应性哮喘，肥胖相关哮喘就是其中的典型代表。这类哮喘往往更为严重，患者的肺功能较差，而且对包括吸入性和全身性类固醇在内的哮喘药物反应不佳，存在类固醇抵抗现象。

与特应性哮喘相比，肥胖相关哮喘的发病机制却知之甚少，这严重阻碍了针对性治疗方法的开发。此前研究发现，肥胖相关哮喘患者存在非特应性全身免疫反应，其 CD4⁺辅助性 T 细胞（Th）中 Th1/Th2 细胞比例较高，一些非特应性细胞因子水平也有所升高，这些变化与肺功能缺陷相关。同时，细胞分裂周期 42（Cell Division Cycle 42，CDC42）通路中的多个基因上调，也在肥胖相关哮喘中发挥着重要作用。然而，究竟是哪些 CD4⁺ T 细胞亚群存在 CDC42 上调，它们与类固醇抵抗以及炎性小体激活之间有何关联，这些问题一直没有得到解答。

为了填补这些知识空白，美国阿尔伯特?爱因斯坦医学院（Albert Einstein College of Medicine）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果为理解肥胖相关哮喘的发病机制提供了新的视角，也为未来开发针对性治疗策略带来了希望。

研究人员为开展此项研究，采用了多种关键技术方法。他们招募了 135 名年龄在 7 - 18 岁的非洲裔美国和西班牙裔儿童，组成研究队列，其中包括 54 名肥胖相关哮喘儿童、27 名健康体重哮喘儿童、27 名单纯肥胖儿童和 27 名健康体重对照儿童。研究人员从这些儿童的外周血中分离出 CD4⁺ T 细胞，然后运用单细胞 RNA 测序（sc - RNA - seq）技术，对细胞进行分析。同时，他们还使用了 CITE - Seq 方法，实现细胞表面标记，以及进行批量 RNA 测序（bulk RNA - seq）和免疫印迹分析等，从多个层面探究相关细胞和分子机制。

以下是具体的研究结果：

1. 研究队列特征：四个研究组的人口统计学特征没有差异，两个哮喘组在药物使用等临床特征上也无差异。不过，肥胖哮喘儿童的 FEV₁/FVC 比值低于其他组，IC 值高于单纯肥胖和健康体重对照组。
2. sc - RNA - seq 分析：通过 CITE - Seq 分析，研究人员在所有研究组的 CD4⁺ T 细胞中鉴定出 22 个细胞簇。这些细胞簇包含多种细胞类型，如幼稚 T 细胞、αβ 中央记忆 T 细胞、效应记忆 T 细胞等，充分体现了 CD4⁺ T 细胞的异质性。进一步分析发现，肥胖哮喘患者与其他组相比，有 2474 个基因存在差异表达，这些基因主要富集在幼稚和 αβ 中央记忆 CD4⁺ T 细胞中，涉及 T 细胞分化、激活以及 T 细胞受体信号通路等多个过程。
3. CDC42 上调的细胞簇：研究发现，在肥胖哮喘中，CDC42 在簇 0、3 和 8 中表达较高。这些簇主要由 αβ 中央记忆 T 细胞、幼稚 T 细胞和记忆调节性 T 细胞（Tregs）组成。同时，在这些簇中还发现了 20 个保守基因，它们参与 Th1 和 Th2 细胞分化、T 细胞受体信号通路等过程。
4. Th1 极化相关细胞簇：簇 12 富含 Th1 细胞的转录因子 TBX21 以及下游 Th1 细胞因子 IFNG 和 TNF，该簇在肥胖哮喘患者中的细胞比例高于其他组，且与簇 3 的细胞比例呈负相关。簇 12 主要由多种效应 T 细胞组成，虽然 TBX21 在该簇中富集，但在肥胖哮喘患者与其他组之间其表达并无差异，而 Th17 细胞的转录因子 RORA 在肥胖哮喘患者中表达更高。此外，簇 12 中还有 27 个保守基因，参与 Th1、Th2 和 Th17 细胞分化等过程。
5. 类固醇抵抗相关细胞簇：研究发现，CDC42 上调的簇（0、3、8）和 Th1 极化的簇 12，以及其他一些簇（1、2、4、5、6、11、16、18）都存在类固醇抵抗和炎性小体激活的特征。例如，编码糖皮质激素受体的 NR3C1 基因在这些簇中下调，而 NFKB1 等基因上调。蛋白质水平验证实验也表明，肥胖哮喘患者在 T 细胞受体刺激后，CDC42 和 NFκB 的蛋白质水平升高。
6. 临床相关性：研究人员将簇 0、3、8 和 12 中差异富集的基因，以及与类固醇抵抗和炎性小体相关的基因表达，与肥胖哮喘患者的肺功能指标进行关联分析。结果发现，一些基因与 FEV₁/FVC 比值和预计 ERV 百分比相关，这表明这些基因与肥胖哮喘的临床表型密切相关。

在讨论部分，研究人员指出，他们首次通过单细胞 RNA 测序揭示了儿童肥胖相关哮喘中 CD4⁺ T 细胞的编程特征。研究发现，肥胖哮喘中 CDC42 上调的细胞与 Th1 极化的细胞不同，但两者都与类固醇抵抗和炎性小体激活相关，并且与肥胖哮喘的表型相关。这表明多种 CD4⁺ T 细胞亚型参与了肥胖哮喘的发病过程，而不是单一的细胞亚型。此外，研究还发现肥胖哮喘与长期的 CD4⁺ T 细胞编程有关，虽然幼稚 T 细胞数量减少，但却促进了肥胖哮喘的炎症状态。同时，研究中还发现 RORA 和 HIF1α 可能是连接胰岛素抵抗、Th1 极化和肺功能缺陷的潜在分子。

不过，该研究也存在一定的局限性。比如，细胞簇与 Azimuth 分类定义的细胞亚型之间不完全相关，研究的横断面性质使得无法确定细胞类型的起始模式，而且基因表达与肺功能指标的相关性结果与之前研究有所不同。尽管如此，这项研究依然具有重要意义。它揭示了肥胖相关哮喘中独特的 CD4⁺ T 细胞亚群，为理解该疾病的发病机制提供了新的线索，也为未来开发基于 CD4⁺ T 细胞基因谱和信号通路的靶向治疗方法奠定了基础 。