睡眠是生命中不可缺少的一部分，它對維持機體的穩態，預防各種疾病等具有重要作用。近年來，隨著社會節奏的加快，人們的睡眠時間普遍縮短，平均睡眠質量存在下降，不得不面臨著睡眠不足對健康的不利影響，尤其是青年人群。
據報道，在人類中，睡眠不好與自身免疫性疾病、腫瘤和感染的風險增加有關。短期睡眠不足會損害先天免疫系統和適應性免疫系統，導致感染易感性增加;而長期習慣性睡眠不足或通宵工作則可導致全身性慢性炎癥，并與各種炎癥相關疾病如糖尿病、動脈粥樣硬化、神經退行性疾病等相關。總的來說，睡眠不佳會廣泛影響免疫系統，并與更高的疾病易感性有關。
2021 年 11 月 25 日，中山大學中山眼科中心 & 眼科國家重點實驗室蘇文如、鄭穎豐團隊在Communications Biology雜志在線發表了題為Effects of poor sleep on the immune cell landscape as assessed by single-cell analysis的文章，他們利用質譜流式細胞術(Cytometry by time of flight，CyTOF)和單細胞 RNA 測序技術(scRNA-seq)分析了熬夜整晚后外周血單個核細胞(PBMCs)的特性和變化。
研究發現熬夜可通過重新編程免疫亞群組成、基因表達特征、富集通路、轉錄調控網絡和細胞間相互作用等，來促進外周血的炎性狀態。這些發現提供了睡眠不良對免疫系統影響的全面圖譜，并擴展了人們對熬夜作為炎癥或自身免疫性疾病和衰老相關疾病的誘發因素的認識。
主要研究內容
為了繪制熬夜前后人類外周循環免疫系統的變化，并鑒定出與熬夜相關的細胞特異性改變，研究人員采集了 6 名健康個體熬夜前后的血液樣本，然后進行 CyTOF 和 scRNA-seq 分析。利用 scRNAseq，他們共鑒定了巨核細胞、CD34 陽性細胞和 5 個主要免疫細胞譜系。同時，基于每個細胞群體中上調的典型譜系標記基因的表達，他們進一步將 5 個免疫細胞群體細分為 25 個轉錄亞群。
熬夜影響外周循環細胞免疫系統
為了闡明熬夜后細胞類型組成的變化，他們比較了熬夜前和熬夜后各主要細胞類型的數量和比例。總的來說，熬夜后 T 細胞比例增加了約 3%，髓系細胞比例減少了約 4%。在更加細致的分群中，他們發現 CD8+效應記憶 T 細胞、增殖性 T 細胞和衰竭 T 細胞的比例增加;此外，漿細胞(PCs) 也顯著上調。
NK 細胞群數量和比例的分析表明，其亞群組成發生了改變，NK2 比例顯著增加，NK3 則顯著減少。在髓系細胞中，常規單核細胞和漿細胞均增加。總之，這些分析結果揭示了外周循環中復雜的細胞動力學，進一步支持了熬夜會破壞血液免疫穩態的概念。
熬夜后基因表達的變化
為了識別與熬夜相關的分子事件，他們分析鑒定了熬夜前后血液免疫細胞的差異表達基因(DEGs)，發現所有 6 名參與者都顯示了一些炎癥基因的增加，包括 AP-1 家族基因(JUN, FOS)， DNA 損傷標記物(DDIT3, GADD45B)，干擾素相關發育調節因子 1(IFRD1)等。
接下來的基因富集和通路分析結果也顯示，熬夜后普遍上調的基因在 AP-1 通路、白細胞活化、細胞衰老通路的激活和細胞應激反應中富集;此外，熬夜還導致了與金屬離子穩態和解毒相關的多條通路的下調。
熬夜導致淋巴細胞的改變
淋巴細胞在炎癥和自身免疫中起著重要作用，使用 CyTOF，他們發現熬夜后淋巴細胞，尤其是 T 細胞的顯著增加。此外，所有 B 細胞亞群的分析結果也表明其與炎癥狀態相關的基因表達在增加，包括 NFKBIA、JUN 和 COX5A。
為了理解熬夜相關的生物學意義，他們使用上調的差異基因進行了通路富集分析，發現熬夜后普遍上調的生物學過程為蛋白質加工和細胞凋亡。值得注意的是，熬夜上調了 CD4、TEM 和 Treg 細胞群體中 IFN-γ 的產生，以及上調了 p38MAPK 和 IL-17 信號通路，這些生物學過程和通路與自身免疫激活密切相關。
總的來說，這些發現表明，熬夜重新編程了循環淋巴細胞的蛋白質組學和轉錄譜，并可能誘導自身免疫相關的表型。
熬夜后髓系細胞的變化反映了血液中的炎癥激活
人外周血髓系細胞，包括單核巨噬細胞和樹突狀細胞(DC)，他們在抗原呈遞和炎癥過程中發揮著重要功能。分析結果顯示，熬夜除了誘發炎癥外，還能夠誘導髓系細胞衰老的跡象，表明熬夜與衰老之間存在密切關系。
為了探究內在的調控機制，他們評估了其中上調差異基因的核心轉錄因子。結果發現，熬夜后，轉錄因子活性在經典 2 型樹突狀細胞(cDC2)和經典單核細胞子集中上調最多，熬夜能夠上調與炎癥激活相關的轉錄因子，包括 NFKB1、RELA、JUN 和 ATF2。
此外，NF-κB 家族參與了多種炎癥基因的調控，包括趨化因子(CCL3、CCL4、CXCL2、CXCL8)和炎癥細胞因子(IL1B 和 TNF)等。值得注意的是，IL1B 和 TNF 表達在熬夜后的 cDC2 中尤其高。總之，這些結果證明了 cDC2 在熬夜誘導的炎癥激活中的關鍵作用。
熬夜后異常的細胞間通訊模式與免疫功能障礙
復雜的細胞反應始于配體與其同源受體的結合以及特定細胞信號通路的激活。盡管在與不良睡眠相關的研究中強調了免疫功能障礙，但尚未有研究對循環免疫系統中特定的熬夜誘導的細胞間相互作用進行報道。
為了識別熬夜后的細胞間相互作用，研究人員對熬夜前后的細胞間通訊進行了分析比較。結果發現，與熬夜前相比，熬夜后細胞間相互作用的頻數出現了增加。進一步的分析顯示這些相互作用主要涉及淋巴細胞對其他細胞的炎癥激活以及髓系細胞對其他細胞的趨化性。
具體而言，熬夜后顯示出獨特的細胞間通訊，包括 T 細胞和 DC 之間的 IL18-IL18R1;NKs 和 T 細胞之間的 IL23A-IL23R;B 細胞和 T 細胞之間的 IL12B-IL23R 等。總之，這些發現揭示了熬夜誘導的特定相互作用，并突出了與自身免疫和炎癥性疾病有關的信號通路。
綜上所述，該團隊首次利用 CyTOF 和 scRNA-seq 對熬夜前后的外周血單個核細胞(PBMCs)進行了單細胞維度的轉錄和蛋白層面的雙重分析，獲得了睡眠不良或熬夜后的人體循環免疫細胞圖譜，并從細胞類型組成、亞群特異性基因表達、富集通路、轉錄調控網絡和細胞間通訊等方面，系統全面地評估了睡眠不足對免疫系統的影響，闡明了熬夜會促進機體的炎癥、細胞衰老和免疫功能障礙的影響。
總之，在本研究中，首次應用單細胞技術，提供了睡眠不良對免疫系統影響的全面概況，并擴展了人們對相關生理病理層面的知識。
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