單細胞多組學揭示川崎病免疫發病機制的研究進展

[摘要]"川崎病（Kawasaki"disease，KD）是一種主要累及全身中小血管的急性發熱性疾病，其發病機制尚未明確，嚴重影響臨床早期病情評估。免疫反應參與該疾病的發生發展過程，免疫調節成為KD治療中最重要的環節之一。研究表明，免疫系統的過度激活在KD的發生發展過程中不可或缺。近年來，新興的單細胞多組學具備同時分析單個細胞的轉錄組、基因組、蛋白質組及代謝組等信息的能力。這項技術的進步為深入探究免疫細胞的異質性提供有力工具，有助于識別細胞的不同亞群，構建詳盡的功能圖譜，促進新型免疫生物標志物的發現，為疾病診斷和治療帶來新的可能。本文就單細胞多組學揭示KD免疫發病機制的研究進展作一綜述，為KD的早期診治提供更可靠、高效的依據。

[關鍵詞]"川崎病；單細胞多組學；免疫；發病機制

[中圖分類號]"R725""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.05.028

川崎病（Kawasaki"disease，KD）又稱黏膜皮膚淋巴結綜合征，是主要影響5歲以下嬰幼兒的發熱性疾病。KD的主要特征為全身高炎癥狀態、免疫性血管炎及潛在冠狀動脈損傷（coronary"artery"lesion，CAL），KD已成為兒童獲得性心臟病的最常見原因[1]。在KD急性期，若患兒未及時接受靜脈注射免疫球蛋白（intravenous"immunoglobulin，IVIg）治療，約20%的患兒可能出現CAL。盡管使用大劑量IVIg治療，CAL發生率仍高達5%，這與KD病因及免疫發病機制尚不明確、無法更早采取有效措施有關[2]。目前公認KD是一種由感染導致易感兒童發生異常免疫反應的綜合征，免疫復合物的產生激發單核細胞和巨噬細胞增殖，并促進中性粒細胞增多。免疫復合物誘導的炎癥反應導致細胞因子的釋放，進而造成器官損傷[3]。迄今為止，已有多項動物實驗和臨床研究揭示，KD免疫發病機制和冠狀動脈免疫損傷機制涉及傳統免疫分子和新型單細胞多組學測定。

流式細胞術和質譜流式細胞術等傳統技術多基于已有信息和細胞標志物。研究表明KD由機體免疫活化和細胞因子的級聯放大反應所致[4]。在KD患兒體內，血管內皮細胞黏附分子的表達水平隨著炎癥細胞因子的大量釋放而顯著增加，進而增強淋巴細胞、中性粒細胞及單核細胞與血管內皮細胞的相互作用，使血管內皮細胞受損，從而導致血管壁結構發生變化，并在后期造成CAL[5]。目前KD發病機制尚無定論。利用新型單細胞多組學從細胞自身基因和蛋白層面分析KD發病時免疫細胞的工作狀態，可從根本上揭示KD的免疫發病機制。

1""單細胞多組學概述

單細胞測序技術經歷由初步探索到成熟應用的發展歷程。單細胞測序可快速篩查與定量分析特定樣本，對免疫細胞表型和可塑性及細胞間相互作用網絡進行不同通量和覆蓋程度的深入研究，進而從單細胞水平揭示免疫系統狀態[6]。單細胞多組學是一項可在同一細胞中同時測量多種組學數據的前沿技術。單細胞多組學技術包括用于DNA序列分析的單細胞DNA測序、用于基因表達分析的單細胞RNA測序（single-cell"RNA"sequencing，scRNA-seq）、用于對生物體內所有代謝物進行定量分析并尋找其與病理生理學變化相關性的代謝組學、用于染色質結構組織的單細胞高通量染色體構象測序、用于組蛋白修飾分析的單細胞核酸酶靶向切割和釋放、用于受體譜系多樣性和克隆譜分析的單細胞T細胞或B細胞受體測序等[7]。單細胞多組學通過同時整合轉錄組、基因組、蛋白質組、代謝組及其他組學等各種單模態組學，更真實地展現細胞的狀態和活性[8]。

作為最成熟的單細胞測序方法，通過將單細胞轉錄組學與其他組學相結合研究基因表達與表型異質性的相關性。在全基因組scRNA-seq的基礎上，多組學可通過細胞多路復用、細胞標記和其他方法進行多模態復用并增加通量[8]。隨著單細胞技術的進步，研究多細胞生物如何從一個全能的單細胞發育而來，需要依賴單細胞與空間多組學方法，以實現在組織內部對基因表達等信息的空間定位[9]。這些綜合技術包括基因組與轉錄組的結合、轉錄組與表觀基因組的融合、轉錄組與蛋白質組的聯合及其他多組學模型的集成。單細胞多組學給免疫學帶來更全面的本質性變革，包括但不限于監測免疫細胞在特定疾病環境下的相互作用、推測抗原與免疫受體間動力學關系的復雜性、確定用于預測治療反應的生物標志物等。

2""單細胞多組學在自身免疫性疾病中的應用

自身免疫性疾病是一類由于免疫系統失去對自身抗原的耐受性而引發組織損傷和炎癥反應并最終導致靶器官損傷的慢性疾病[10]。病原微生物通過分子模擬、旁觀者激活和表位擴展等不同機制參與自身免疫性疾病的發生和進展過程[11]。自身免疫性疾病發病復雜，應用傳統技術難以闡明其機制，單細胞測序可更深層解釋免疫細胞在特定疾病下的相互作用，為其治療指明方向。

Ashton等[12]應用scRNA-seq技術發現樹突狀細胞在類風濕關節炎、系統性紅斑狼瘡及1型糖尿病等疾病中轉錄水平的變化，指出樹突狀細胞與疾病的活動程度相關，表明免疫細胞轉錄譜可提高檢測疾病異質性的能力，并指導復雜自身免疫性疾病治療方法的選擇。Culemann等[13]應用scRNA-seq和光片三維熒光成像技術對健康和炎癥關節中不同亞型巨噬細胞的組成、來源及分化路徑進行對比，發現源自組織內的CX3CR1+巨噬細胞亞群可在滑膜內層構建免疫屏障，有效保護關節并控制炎癥。Ahmed等[14]為研究細胞分辨率下雙重表達者的雙重表型，利用scRNA-seq技術檢測其轉錄組，結果顯示雙重表達者在1型糖尿病患者體內克隆擴增，T細胞和B細胞的區隔化不是絕對的，這可能是導致自身免疫性疾病的關鍵驅動因素。綜上，單細胞多組學可推進相關疾病免疫發病機制的深入研究及免疫制劑的精準應用。

3""單細胞多組學揭示KD免疫發病機制的研究進展

scRNA-seq作為最成熟且應用范圍最廣的技術之一，不僅能夠加深人們對免疫系統多樣性及復雜性的認識，還可促進新免疫細胞亞型的發現及免疫細胞發育路徑的重建。對KD而言，利用scRNA-seq及多組學技術可深入剖析KD急性期免疫系統的動態變化、進而揭示IVIg的治療機制，為其診斷及治療提供線索[15]。

3.1""動物實驗

現階段，國內外學者大多選用小鼠作為KD動物實驗模型。從組織學角度看，干酪乳桿菌細胞壁提取物（Lactobacillus"casei"cell"wall"extract，LCWE）引發的小鼠心血管損傷與KD患兒相關CAL相似。Marek-"Iannucci等[16]研究發現，將LCWE注射到小鼠體內，建立全身動脈炎模型；通過分析LCWE小鼠模型腹主動脈scRNA-seq結果發現，動物模型存在內質網應激基因表達的改變；通過有條件地敲除骨髓細胞中的肌醇需求酶1（inositol-requiring"enzyme"1，IRE1）或抑制IRE1核糖核酸酶活性，從基因水平上減輕內質網應激，顯著減少LCWE誘導心血管病變的形成，降低胱天蛋白酶-1活性，減少白細胞介素（interleukin，IL）-1β的分泌。該研究證實KD血管炎小鼠模型中心血管病變的發病機制與內質網應激增加相關，強調IRE1和核糖核酸酶活性作為潛在治療靶點的重要性。Porritt等[17]成功整合scRNA-seq、空間轉錄組學和流式細胞術，確定在KD發展過程中，核苷酸結合結構域富含亮氨酸重復序列和含熱蛋白結構域受體3-IL-1β/IL-18軸是決定性的驅動因子，這些新結構可能與內皮細胞增殖有關，血管平滑肌細胞中IL-1受體的特異性缺失可顯著降低血管病變的嚴重程度。

3.2""臨床研究

研究者利用單細胞多組學揭示KD患兒關鍵細胞亞群的變化、基因表達特征，有助于進一步闡明KD的發病機制，進而找到更安全、更有效的靶向藥物。Geng等[18]通過scRNA-seq分析2例急性KD患兒與2名健康兒童單核細胞的轉錄組圖譜，發現經典單核細胞、中間單核細胞和非經典單核細胞亞群之間存在線性分化關系，并承載不同的生物學功能。Chen等[19]首次證明，伴有CAL的KD患兒存在細胞因子風暴，并成功闡明其特征；KD合并CAL患兒存在主要由單核細胞和巨核細胞產生的腫瘤壞死因子超家族成員和IL-1受體抗體的全身性上調引起的炎癥細胞因子風暴。多數早期研究采用低通量技術進行免疫分型，通常局限于對少數選定的細胞類型及其標記物的分析，難以揭示免疫系統的異質性。Xu等[20]首次將scRNA-seq和T細胞受體測序相結合，探索KD患兒接受IVIg治療前后單/雙受體T細胞的變化及潛在影響；發現患兒接受IVIg治療后雙受體T細胞比例顯著升高，這些細胞顯示出顯著的克隆擴增趨勢及V基因使用的偏向性；IVIg治療前后雙受體T細胞亞群的動態分析表明，這類T細胞，尤其是雙受體CD8"T細胞和調節性T細胞在KD病理及IVIg治療過程中發揮關鍵作用。

4""小結與展望

隨著單細胞測序技術的快速發展，人們對疾病的研究逐漸由整體向單細胞水平深入，也使得多種測序技術的整合變得日益可行。鑒于兒童群體的特殊性，用于疾病研究的樣本組織較難獲得，單細胞多組學可很好地解決這一難題。根據組織樣本中細胞表達圖譜和特征性基因，尋找致病過程中起關鍵作用的細胞靶點與疾病發展有關的新亞群，有助于剖析KD的免疫發病機制，為KD早期診治提供更可靠、高效的技術支持。目前，單細胞多組學應用于KD還存在一定的局限性。除通量和成本等因素外，單細胞懸液制備是首要挑戰，分選組織樣品中的某些細胞群仍存在難度，且分離的樣本中存在部分死亡細胞，造成數據失真或缺失。近年來，擴增過程中的偏差、測序時的噪聲及單細胞分離等難題隨著單細胞測序技術的不斷發展而逐步得到解決，這使得科學研究能更緊密地與臨床工作相結合，有助于發現更有效的診斷方法和治療手段，進一步改善患者的預后。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–10–12）

（修回日期：2024–12–12）