刘兵/张蕊/Ginhoux/兰雨合作解析单核吞噬系统转录组特征

朗格汉斯细胞组织细胞增生症（Langerhans cell histiocytosis，LCH）是一种高发于儿童的罕见的炎性髓系肿瘤。目前认为MAPK通路异常激活（常由BRAFV600E突变引起）导致的单核吞噬系统失控增殖分化为该病的主要发病机制，携带致病突变的单核吞噬细胞可进一步迁移至皮肤、骨骼等病灶形成病理性LCH细胞（CD207+CD1a+）【1,2】。BRAF靶向抑制剂（达拉非尼，Dabrafenib）治疗可显著改善BRAFV600E突变LCH患者的预后【3,4】。然而，仍有相当患者遗留严重后遗症，关于该病的发病机制以及靶向治疗的作用机理仍有诸多未知。因此结合致病基因的突变水平以及靶向治疗的临床效果，高精度解析LCH患者单核吞噬系统的细胞亚类和分子特征，对于进一步阐明LCH的发病机理、揭示患者疾病层级异质性的分子基础、深入理解靶向治疗的作用机制等具有重要意义。

近日，解放军总医院第五医学中心刘兵研究组、北京儿童医院张蕊研究组、新加坡免疫协作组Florent Ginhoux研究组、暨南大学基础医学院兰雨研究组合作在Blood杂志在线发表题为Transcriptomic Landscape of Circulating Mononuclear Phagocytes in Langerhans Cell Histiocytosis at Single-cell Level的研究论文。该研究首次构建了LCH患者循环单核吞噬系统的单细胞转录组图谱，揭示了RAS-MAPK-ERK通路在患者循环内多种细胞类型中广泛活化，并进一步探究了靶向抑制剂达拉非尼在BRAFV600E突变患者临床治疗中的作用机制。

首先，入组217名LCH初诊儿童大型队列，利用数字液滴聚合酶链反应检测血浆游离BRAFV600E（cell-free BRAFV600E，cfBRAFV600E），根据cfBRAFV600E负荷进行突变分组：cfBRAFV600E阴性组、低突变组和高突变组，结果发现突变负荷与临床危险度分层间具有显著相关性。通过流式细胞学分析了其中49例患儿循环血CD45+Lin-HLA-DR+单核吞噬细胞亚群比例，发现临床高风险组和cfBRAFV600E高突变组的浆细胞样树突细胞（plasmacytoid dendritic cell，pDC）比例显著降低。上述数据表明，患者外周血cfBRAFV600E突变负荷和pDC比例可作为LCH疾病危险度分层的客观指标。

接着，作者针对14例初诊LCH患儿CD45+Lin-HLA-DR+循环单核吞噬细胞进行单细胞转录组测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq），发现在各髓系单核吞噬细胞亚群中，与RAS-MAPK-ERK通路相关的基因表达水平在所有突变组中广泛上调。有趣的是，在NK/T细胞中，参与RAS和MAPK相关通路的基因在LCH患者表达也较对照组升高，而NK/T细胞通常不携带致病性突变，这提示非细胞自主性因素参与了MAPK通路广泛激活这一重要病理过程。以上研究表明BRAFV600E突变可能使单核吞噬细胞在循环中已经处于疾病特征性MAPK通路异常活化状态。

随后，作者针对5名难治/复发BRAFV600E突变LCH患儿靶向治疗前和治疗1个月后的循环单核吞噬细胞群体进行scRNA-seq，聚焦于循环单核吞噬系统如何响应BRAF抑制剂达拉非尼。与对靶向治疗的良好临床反应相对应，治疗后患者的细胞除了RAS-MAPK-ERK通路活性的下调，还表现为显著下调免疫抑制效应信号（如IL-1和IL-6）和促炎性信号；此外，糖酵解和磷酸戊糖通路信号转导在治疗后也显著下调。上述发现提示达拉非尼可能发挥了免疫和代谢调节的作用，这为深入理解靶向治疗的作用机制以及进一步优化靶向治疗策略提供了全新视角及理论依据。

最后，作者针对LCH患儿皮肤病灶细胞进行scRNA-seq，鉴定出四个异质性CD207+CD1a+亚群，其中一群特异性表达和富集RAS-MAPK-ERK相关基因及通路。此外，基于本研究中外周血和皮肤病灶STRT-seq测序数据及已发表的LCH病灶10x测序数据的整合分析，作者发现LCH细胞与循环血cDC2/DC3转录组相似性最高。因此，该研究首次在单细胞水平联合分析外周血和病灶表皮各免疫细胞亚群，为LCH细胞来自循环中前体细胞的病因学假说提供了转录组相关性的依据。

总之，本研究综合运用免疫表型分析、临床观察和单细胞转录组学等方法，聚焦LCH患儿循环单核吞噬系统及RAS-MAPK-ERK信号通路，揭示与疾病发生发展密切相关的各细胞亚群分子表达改变及患者间异质性，优化疾病风险分层策略，旨在推动LCH治疗进入精准及个性化医疗时代。

军事科学院博士研究生施卉、黄涛，硕士研究生贺涵，郑州大学第一附属医院边志磊研究员，北京儿童医院崔蕾副研究员和卡罗林斯卡学院Egle Kvedaraite为该论文的第一作者。刘兵、张蕊、Florent Ginhoux和兰雨为该论文的通讯作者。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006497121012374

制版人：十一

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