文章概述

文章标题：《Single-cell RNA-seq uncovers cellular heterogeneity and provides a signature for paediatric sleep apnoea》

发表日期和杂志：2023年发表在上European Respiratory Journal

在线阅读链接：https:///10.1183/13993003.01465-2022

前情提要：儿童睡眠呼吸暂停的单细胞测序研究篇，整理了文章概述以及单细胞分析的第一层次降维聚类分群以及T细胞亚群细分。

这篇就一起来学习一下剩余的部分。

髓系细胞亚群异质性概述

细胞组成

共鉴定到11 708个髓系细胞，可分为经典单核细胞（cMonocytes）、非经典单核细胞（ncMonocytes）、血小板、常规树突状细胞（cDC）及浆细胞样树突状细胞（pDC）等已知亚群。

新型IFN-激活亚群 ：发现一群基因表达特征符合“IFN-预激活表型”的单核细胞（Monocyte_IFN）。

差异表达基因 ：895个基因在不同单核细胞亚群间差异表达，其中674个为某一亚群所特有。

OSA相关变化

  • cMonocytes比例上升：OSA组63.72±1.62%，对照组56.49±2.02%（p=0.035）。
  • 其余亚群比例无显著差异。

通路分析——cMonocytes中差异基因富集于：

  • 一氧化氮及活性氧生成
  • HIF-1α信号通路
  • NF-κB信号通路

B 细胞亚群异质性概述

共捕获 17 010 个 B 细胞，可清晰区分为：

– B_Memory（记忆 B 细胞，内部按 CSR 状态再分群）
– B_Naive（初始 B 细胞）
– B_Atypical（非典型 B 细胞：CD18⁺/CD20⁺/CD21⁻/CD27⁻）
– Plasmablast、Plasmablast_CC（两类浆母细胞，均已完成 CSR；后者高表达增殖相关基因）

儿童睡眠呼吸暂停的单细胞测序研究完结篇

OSA 相关变化 :

  • B_Atypical 显著增多：OSA 组 4.15 ± 1.07% vs. 对照组 2.28 ± 0.68%（p = 0.013）。
  • B_Memory 升高（p = 0.088，边缘显著），B_Naive 下降（p = 0.076，边缘显著）。

主成分分析 （PCA） 包括 B 细胞亚组和表型变量（ 即年龄 、BMI 和 AHI）的计数，表明 OSA 患者与对照组分开聚集

AHI、成熟 B 细胞亚群（B_Memory、B_Atypical、Plasmablast、Plasmablast_CC）将样本拉向 OSA 端；B_Naive 则拉向对照端。

转录组特征 ——差异表达基因：共 4 010 个，其中 1 726 个为单一亚群特有。

通路富集：上调基因主要关联氧化应激、HIF-1α 信号、NF-κB 信号

这些通路在 OSA 中显著增多的 B_Atypical 与 B_Memory 群体中尤为活跃，提示 OSA 诱导的特异功能重塑。

B 细胞亚群（尤其 B_Atypical）的数量及通路变化，可作为 OSA 相关免疫异质性的重要生物标志，与 T 细胞及髓系结果共同反映 OSA 的系统性炎症与氧化应激特征。

分子诊断标志物的构建与验证

通过机器学习方法整合PBMC单细胞亚群特征与OSA相关差异表达基因，区分OSA和对照受试者，筛选出32基因分子特征

使用三种ROC建模：经验法、双正态法、非参数法方法来区分同一样本集中的 OSA 和对照受试者，并采用交叉验证策略来评估特征的性能。创建训练和测试数据集，为每种统计方法生成观察到的 ROC 曲线。

经验 （AUC 0.96）、双正常 （AUC 0.96） 和非参数 ROC （AUC 0.95） 的结果表明，分子特征在区分患者和对照方面具有非常高的能力，因此需要进一步的验证研究。

独立数据集验证

比较组别
经验AUC
双正态AUC
非参数AUC
PPV
NPV
OSA vs. 无OSA/无鼾对照
0.93
0.96
0.92
93%
95%
OSA vs. 原发性鼾症
0.97
0.99
0.96
96%
95%
原发性鼾症 vs. 无OSA/无鼾对照
0.95
0.98
0.95
96%
95%

OSA 诱导的 PBMC 三系细胞异质性变化

细胞谱系
发现的新亚群 / 关键变化
核心功能/通路特征
与 OSA 机制的关联
T 细胞
· T-Cell_X1、T-Cell_X2（首次报道）
· T 细胞激活、炎症、胞内信号
· HIF-1α、氧化应激
· T-Cell_X2 特异地激活 PLC、HGF、WNT/β-catenin 通路
均为间歇低氧触发通路，驱动氧化应激及促炎反应
髓系细胞
· monocyte_IFN（IFN-预激活经典单核细胞）
· 经典单核细胞比例↑
· IFN 预激活表型 → 促进炎症及 T 细胞反应
· 氧化应激、HIF-1α、NF-κB 信号增强
与肿瘤及慢性炎症中的促炎单核细胞类似
B 细胞
· B_Atypical（非典型记忆 B 细胞）比例↑
· 高表达氧化应激、HIF-1α、NF-κB 相关基因
与 T/髓系结果一致，共同构成 OSA 系统性炎症特征

文章小结

  • 将单细胞亚群标志 与传统差异表达基因融合，机器学习筛选出32基因签名。32基因特征在不同技术平台（scRNA-seq vs. bulk芯片）与不同人群中均表现稳健，AUC >0.9，PPV/NPV >90%。
  • 可直接用于常规RNA样本，无需单细胞分选，具备临床可转化潜力，可简化和加速儿童OSA的分子诊断。