基于单细胞测序挖掘巨噬细胞参与放射性肝损伤的分子机制

【作者】 袁楠； 周凯笑； 冯爽； 张琦； 王利利； 焦旸；

【机构】 省部共建放射医学与辐射防护国家重点实验室苏州大学医学部放射医学与防护学院； 中国人民解放军海军军医大学附属第三医院肿瘤放射治疗科； 苏州大学附属第一医院肿瘤放射治疗科；

【摘要】 目的肝脏是辐射敏感性器官,由电离辐射引起的肝脏辐射损伤是肝癌及其他上腹部恶性肿瘤放射治疗过程中主要的剂量限制性毒性反应,制约了肝癌放疗及基于放疗的综合治疗的发展。巨噬细胞是肝脏的关键细胞组分之一,在维持肝脏正常生理稳态当中发挥极为重要的作用。本研究采用单细胞测序技术探讨放射性肝脏损伤发生进展过程中巨噬细胞发挥的生物学作用及潜在机制。方法 C57BL/6J小鼠采用小动物精准照射装置进行全肝单次30Gy X射线照射,建立放射性肝损伤小鼠模型。2w后肝脏损伤情况经透射电镜、肝功能检测及组织病理学检查测定。随后采用10×Genomics单细胞转录组测序技术进行巨噬细胞亚型分析、拟时序分析并结合生物信息学分析初步进行差异基因功能富集。结果 C57BL/6J小鼠全肝经30Gy X射线单次照射,2w后可见肝脏损伤的发生,病理表现为:与正常对照组相比,受照肝细胞核大小不一、肝血窦扩张、细胞皱缩,及胞质破损。电镜检测肝细胞超微结构可见细胞线粒体肿胀、线粒体嵴线断裂、细胞核大小不一、肝血窦扩张等。血生化分析血清ALT与AST,尽管与未受照对照相比差异不显著,但仍可见二者水平均有所增高。单细胞转录组测序分析结果发现:与对照组相比,在受照组肝巨噬细胞(kupffer cell,KCs)中,KCs倾向于从M2型向M1型转化,提示正常情况下M2占比较高,而放射性肝损伤发生伴随有M1细胞显著增多。经拟时序分析发现,在M2型KCs向M1转化的过程中,根据差异倍数及差异显著性检验结果筛选出30个差异表达基因,提示其可能参与辐射诱导KCs的M2型向M2型转化。进一步进行KEGG分析发现,30个差异表达基因中Cybb、Fos、Hmox1、Hspa1a、Hspa1b、Jund、Nr4a1与细胞信号传导有关;而通过对M1与M2型KCs进行GSVA分析,显示差异基因主要富集于与铁死亡、谷胱甘肽代谢、脂代谢与胆固醇代谢等代谢相关通路。结论单次大剂量局部照射可成功诱导C57BL/6J小鼠放射性肝损伤的发生;单细胞测序分析小鼠肝组织揭示代谢相关通路介导的KCs的极化可能与放射性肝损伤的发生有关。更多还原