2022年3月8日，中南大学蔡菁菁及福建医科大学陈昭阳共同通讯在Journal of Hepatology（IF=25）在线发表题为“Transcriptional switch of hepatocytes initiates macrophage recruitment and T cell suppression in endotoxemia”的研究论文，该研究进行了单细胞RNA测序分析，并对来自健康和内毒素小鼠的56828个肝细胞和非实质细胞进行了单细胞转录组分析，在单细胞水平上阐明了内毒素血症对肝细胞的细胞和分子效应的意外方面，并为开发新的急性感染治疗方法提供了概念框架。

研究背景

肝脏在急性全身感染时的免疫防御调节中起着至关重要的作用。肝脏抵御入侵微生物的防御机制依赖于免疫细胞的复杂网络，如Kupffer细胞（KCs）、树突状细胞（DC）、T和B淋巴细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞（NK）。此外，非免疫细胞，如肝细胞和肝窦内皮细胞（LSEC），招募促炎免疫细胞，通过产生急性期蛋白、补体因子、炎性细胞因子和细胞粘附分子发挥免疫功能。虽然先天性免疫反应被认为是肝脏防御机制的关键，但肝脏免疫细胞和非免疫细胞的空间和时间反应尚未完全理解。

研究路线

主要结果

ScRNA-seq揭露内毒素血症期间的肝细胞组成和变化

为了研究内毒素血症期间肝脏中细胞组成和异质性的变化，作者对先前建立的“双重打击”内毒素血症小鼠的肝细胞和非实质细胞进行了scRNAseq分析。分析了3个时间点共56828个肝细胞和非实质细胞。在对照组、3小时脂多糖（LPS）和12小时LPS肝脏中鉴定了9个主要细胞群，包括肝细胞、T细胞、自然杀伤细胞（NK）、B细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、Kupffer细胞（KCs）、内皮细胞（ECs）和树突状细胞（DC）；细胞占比分析发现内毒素血症期间中性粒细胞、巨噬细胞、KC细胞比例增加；内皮细胞、肝细胞和T淋巴细胞比例降低。

实验设计及细胞分群结果

内毒素血症诱导肝脏巨噬细胞募集和中性粒细胞聚集

作者将巨噬细胞群分为3组亚群，分别标注为招募的巨噬细胞群（RMs）、骨髓（BM）来源的KC和卵黄囊（YS）来源KC。在健康条件下，骨髓（BM）来源的KC和卵黄囊（YS）来源KC在细菌的防御反应中发挥重要作用；内毒素血症期间，以时间依赖性方式诱导肝脏中RMs显著富集。功能分析表明RMs簇在分泌细胞因子和趋化因子以及募集淋巴细胞和循环髓样细胞中发挥重要作用。

对中性粒细胞进行研究发现，在内毒素血症的早期阶段中性粒细胞在肝脏中大量聚集，GO分析表明中性粒细胞中的特定信号通路被激活，发现不同时期中性粒的分化轨迹和功能。

内毒素血症诱导肝脏巨噬细胞募集和中性粒细胞聚集及功能鉴定

内毒素血症改变T淋巴细胞转录谱并抑制T细胞功能

肝细胞的单细胞图谱显示6种不同的T淋巴细胞亚群，内毒素血症诱导小鼠T淋巴细胞组成发生变化，导致早期CD4+T细胞、Trm细胞和NKT细胞显著减少；进一步研究T细胞亚群功能，发现CD4+T和Trm高表达免疫抑制受体PD-L1（由Cd274基因编码）最显著，抑制免疫细胞；

内毒素血症改变T淋巴细胞转录图谱

肝细胞在内毒素血症中起着关键的免疫调节作用

将沿着门静脉-中央小叶轴将肝细胞分为3个亚群；主成分分析发现了肝细胞内一种新的促炎性肝细胞（PIH），将PIH与常规的PCH、SHs、PPH区分开；比较暴露于内毒素的3小时和12小时小鼠的PIH和PPH时，确定了最少的显著改变的基因；利用RNA速度和Slingshot分析探索PIH细胞来源，结果表明PIH主要由门静脉周围肝细胞发育而来，在较小程度上由中央肝细胞发育而来，并在内毒素血症中发挥关键的免疫调节作用；细胞通讯分析揭示在内毒素血症早期肝细胞可转化为PIH，通过CCL2-CCR2相互作用在巨噬细胞募集中发挥重要作用。

一种新的促炎性肝细胞（PIH）通过CCL2-CCR2相互作用招募巨噬细胞

内毒素血症肝窦内皮细胞损伤的分区模式

作者将肝窦内皮细胞(LSEC)分为3个主要亚群：门脉周围ECs、中枢周围ECs和窦状ECs。在内毒素血症过程中，门静脉周围和中央周围内皮细胞的数量以时间依赖性方式减少；GO注释分析和基因组变异分析显示，大血管区域周围的LSEC表现出逐渐增加的炎症和凋亡反应，并抑制代谢率；门区周围的LSEC显示出增加的炎症和凋亡反应。

内毒素血症期间肝窦内皮细胞分群及功能探究

研究结论

在这项研究中，我们确定了小鼠在3个不同阶段对“双重打击”内毒素血症模型的反应中肝细胞的细胞景观。单细胞转录组学分析显示，内毒素血症引起的肝细胞表型转变在循环单核细胞募集以建立募集的巨噬细胞（RM）群和抑制T淋巴细胞方面起着核心作用。因此，我们确定了肝细胞簇和细胞间通讯途径在内毒素血症进展中的特殊作用。