睡眠是生命中不可缺少的一部分，它對(duì)維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)，預(yù)防各種疾病等具有重要作用。近年來(lái)，隨著社會(huì)節(jié)奏的加快，人們的睡眠時(shí)間普遍縮短，平均睡眠質(zhì)量存在下降，不得不面臨著睡眠不足對(duì)健康的不利影響，尤其是青年人群。
據(jù)報(bào)道，在人類中，睡眠不好與自身免疫性疾病、腫瘤和感染的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。短期睡眠不足會(huì)損害先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致感染易感性增加;而長(zhǎng)期習(xí)慣性睡眠不足或通宵工作則可導(dǎo)致全身性慢性炎癥，并與各種炎癥相關(guān)疾病如糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、神經(jīng)退行性疾病等相關(guān)。總的來(lái)說(shuō)，睡眠不佳會(huì)廣泛影響免疫系統(tǒng)，并與更高的疾病易感性有關(guān)。
2021 年 11 月 25 日，中山大學(xué)中山眼科中心 & 眼科國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘇文如、鄭穎豐團(tuán)隊(duì)在Communications Biology雜志在線發(fā)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(zhì)譜流式細(xì)胞術(shù)(Cytometry by time of flight，CyTOF)和單細(xì)胞 RNA 測(cè)序技術(shù)(scRNA-seq)分析了熬夜整晚后外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)的特性和變化。
研究發(fā)現(xiàn)熬夜可通過(guò)重新編程免疫亞群組成、基因表達(dá)特征、富集通路、轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞間相互作用等，來(lái)促進(jìn)外周血的炎性狀態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)提供了睡眠不良對(duì)免疫系統(tǒng)影響的全面圖譜，并擴(kuò)展了人們對(duì)熬夜作為炎癥或自身免疫性疾病和衰老相關(guān)疾病的誘發(fā)因素的認(rèn)識(shí)。
主要研究?jī)?nèi)容
為了繪制熬夜前后人類外周循環(huán)免疫系統(tǒng)的變化，并鑒定出與熬夜相關(guān)的細(xì)胞特異性改變，研究人員采集了 6 名健康個(gè)體熬夜前后的血液樣本，然后進(jìn)行 CyTOF 和 scRNA-seq 分析。利用 scRNAseq，他們共鑒定了巨核細(xì)胞、CD34 陽(yáng)性細(xì)胞和 5 個(gè)主要免疫細(xì)胞譜系。同時(shí)，基于每個(gè)細(xì)胞群體中上調(diào)的典型譜系標(biāo)記基因的表達(dá)，他們進(jìn)一步將 5 個(gè)免疫細(xì)胞群體細(xì)分為 25 個(gè)轉(zhuǎn)錄亞群。
熬夜影響外周循環(huán)細(xì)胞免疫系統(tǒng)
為了闡明熬夜后細(xì)胞類型組成的變化，他們比較了熬夜前和熬夜后各主要細(xì)胞類型的數(shù)量和比例。總的來(lái)說(shuō)，熬夜后 T 細(xì)胞比例增加了約 3%，髓系細(xì)胞比例減少了約 4%。在更加細(xì)致的分群中，他們發(fā)現(xiàn) CD8+效應(yīng)記憶 T 細(xì)胞、增殖性 T 細(xì)胞和衰竭 T 細(xì)胞的比例增加;此外，漿細(xì)胞(PCs) 也顯著上調(diào)。
NK 細(xì)胞群數(shù)量和比例的分析表明，其亞群組成發(fā)生了改變，NK2 比例顯著增加，NK3 則顯著減少。在髓系細(xì)胞中，常規(guī)單核細(xì)胞和漿細(xì)胞均增加。總之，這些分析結(jié)果揭示了外周循環(huán)中復(fù)雜的細(xì)胞動(dòng)力學(xué)，進(jìn)一步支持了熬夜會(huì)破壞血液免疫穩(wěn)態(tài)的概念。
熬夜后基因表達(dá)的變化
為了識(shí)別與熬夜相關(guān)的分子事件，他們分析鑒定了熬夜前后血液免疫細(xì)胞的差異表達(dá)基因(DEGs)，發(fā)現(xiàn)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(biāo)記物(DDIT3, GADD45B)，干擾素相關(guān)發(fā)育調(diào)節(jié)因子 1(IFRD1)等。
接下來(lái)的基因富集和通路分析結(jié)果也顯示，熬夜后普遍上調(diào)的基因在 AP-1 通路、白細(xì)胞活化、細(xì)胞衰老通路的激活和細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中富集;此外，熬夜還導(dǎo)致了與金屬離子穩(wěn)態(tài)和解毒相關(guān)的多條通路的下調(diào)。
熬夜導(dǎo)致淋巴細(xì)胞的改變
淋巴細(xì)胞在炎癥和自身免疫中起著重要作用，使用 CyTOF，他們發(fā)現(xiàn)熬夜后淋巴細(xì)胞，尤其是 T 細(xì)胞的顯著增加。此外，所有 B 細(xì)胞亞群的分析結(jié)果也表明其與炎癥狀態(tài)相關(guān)的基因表達(dá)在增加，包括 NFKBIA、JUN 和 COX5A。
為了理解熬夜相關(guān)的生物學(xué)意義，他們使用上調(diào)的差異基因進(jìn)行了通路富集分析，發(fā)現(xiàn)熬夜后普遍上調(diào)的生物學(xué)過(guò)程為蛋白質(zhì)加工和細(xì)胞凋亡。值得注意的是，熬夜上調(diào)了 CD4、TEM 和 Treg 細(xì)胞群體中 IFN-γ 的產(chǎn)生，以及上調(diào)了 p38MAPK 和 IL-17 信號(hào)通路，這些生物學(xué)過(guò)程和通路與自身免疫激活密切相關(guān)。
總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)表明，熬夜重新編程了循環(huán)淋巴細(xì)胞的蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄譜，并可能誘導(dǎo)自身免疫相關(guān)的表型。
熬夜后髓系細(xì)胞的變化反映了血液中的炎癥激活
人外周血髓系細(xì)胞，包括單核巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)，他們?cè)诳乖蔬f和炎癥過(guò)程中發(fā)揮著重要功能。分析結(jié)果顯示，熬夜除了誘發(fā)炎癥外，還能夠誘導(dǎo)髓系細(xì)胞衰老的跡象，表明熬夜與衰老之間存在密切關(guān)系。
為了探究?jī)?nèi)在的調(diào)控機(jī)制，他們?cè)u(píng)估了其中上調(diào)差異基因的核心轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熬夜后，轉(zhuǎn)錄因子活性在經(jīng)典 2 型樹(shù)突狀細(xì)胞(cDC2)和經(jīng)典單核細(xì)胞子集中上調(diào)最多，熬夜能夠上調(diào)與炎癥激活相關(guān)的轉(zhuǎn)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(diào)控，包括趨化因子(CCL3、CCL4、CXCL2、CXCL8)和炎癥細(xì)胞因子(IL1B 和 TNF)等。值得注意的是，IL1B 和 TNF 表達(dá)在熬夜后的 cDC2 中尤其高。總之，這些結(jié)果證明了 cDC2 在熬夜誘導(dǎo)的炎癥激活中的關(guān)鍵作用。
熬夜后異常的細(xì)胞間通訊模式與免疫功能障礙
復(fù)雜的細(xì)胞反應(yīng)始于配體與其同源受體的結(jié)合以及特定細(xì)胞信號(hào)通路的激活。盡管在與不良睡眠相關(guān)的研究中強(qiáng)調(diào)了免疫功能障礙，但尚未有研究對(duì)循環(huán)免疫系統(tǒng)中特定的熬夜誘導(dǎo)的細(xì)胞間相互作用進(jìn)行報(bào)道。
為了識(shí)別熬夜后的細(xì)胞間相互作用，研究人員對(duì)熬夜前后的細(xì)胞間通訊進(jìn)行了分析比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與熬夜前相比，熬夜后細(xì)胞間相互作用的頻數(shù)出現(xiàn)了增加。進(jìn)一步的分析顯示這些相互作用主要涉及淋巴細(xì)胞對(duì)其他細(xì)胞的炎癥激活以及髓系細(xì)胞對(duì)其他細(xì)胞的趨化性。
具體而言，熬夜后顯示出獨(dú)特的細(xì)胞間通訊，包括 T 細(xì)胞和 DC 之間的 IL18-IL18R1;NKs 和 T 細(xì)胞之間的 IL23A-IL23R;B 細(xì)胞和 T 細(xì)胞之間的 IL12B-IL23R 等。總之，這些發(fā)現(xiàn)揭示了熬夜誘導(dǎo)的特定相互作用，并突出了與自身免疫和炎癥性疾病有關(guān)的信號(hào)通路。
綜上所述，該團(tuán)隊(duì)首次利用 CyTOF 和 scRNA-seq 對(duì)熬夜前后的外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)進(jìn)行了單細(xì)胞維度的轉(zhuǎn)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(huán)免疫細(xì)胞圖譜，并從細(xì)胞類型組成、亞群特異性基因表達(dá)、富集通路、轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞間通訊等方面，系統(tǒng)全面地評(píng)估了睡眠不足對(duì)免疫系統(tǒng)的影響，闡明了熬夜會(huì)促進(jìn)機(jī)體的炎癥、細(xì)胞衰老和免疫功能障礙的影響。
總之，在本研究中，首次應(yīng)用單細(xì)胞技術(shù)，提供了睡眠不良對(duì)免疫系統(tǒng)影響的全面概況，并擴(kuò)展了人們對(duì)相關(guān)生理病理層面的知識(shí)。
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