俗話說：“牙痛不是病，痛起來真要命。”不注重維護口腔健康，只有等到牙痛，口臭等病癥出現之后才會引起人們的警覺，例如齦炎未能及時治療，炎癥可由牙齦向深層擴散至牙周膜、牙槽骨和牙骨質而發展成牙周炎。牙周炎是牙周組織的慢性炎癥，會導致牙槽骨破壞和失牙，我國成年人發病率高達80%。

本期，小編為您帶來一篇南京醫科大學口腔醫學院孫雯老師團隊（陳玥碩士為第一作者）在Theranostics（IF=11.556）上發表的文章，題目為Single-cell RNA landscape of the osteoimmunology microenvironment in periodontitis。該文章主要利用單細胞測序技術等，創新性的從細胞層面揭示了牙周炎患者牙周組織的骨免疫微環境，為探究牙周炎的發病機制及牙周炎牙槽骨的再生途徑提供了新思路。

烈冰生物參與本研究中的單細胞測序和數據分析工作，下面我們一起了解一下本文的研究思路和數據分析過程。

# 樣本信息 #

樣本類型：

牙周組織（包括牙槽骨，牙齦，牙周膜三部分）

實驗樣本：

健康對照(HCs)  n=4；

重度牙周炎患者(PDs)  n=5；

經牙周基礎治療后一個月內的重度牙周炎患者(PDTs)  n=3。

# 主要的單細胞分析工具 #

subCluster分析，QuSAGE分析，差異基因表達分析，擬時序分析，細胞通訊分析

# 捕獲平臺 #

BD Rhapsody

# 研究結果 #

1. 牙周組織的細胞鑒定

為了探討牙周組織中細胞群的構成，作者對4名健康對照（HCs）、5名重度牙周炎患者（PDs）、3名牙周基礎治療后一個月內的重度牙周炎患者（PDTs）的牙周組織進行單細胞測序實驗，總共獲得51248個細胞，鑒定出了10種主要細胞群體，分別是T細胞，B細胞，漿細胞，內皮細胞，中性粒細胞，單核細胞，成纖維細胞，肥大細胞，上皮細胞，髓源性抑制細胞(MDSC)。進一步，作者比較了不同細胞群體的占比情況，在疾病組（PD組）中，T細胞與健康組（HC組）相比明顯減少，治療后（PDT組）有所恢復；PD組中的上皮細胞和內皮細胞較HC組顯著增加；PD組中成纖維細胞的占比在三組中最高。

2. 成纖維細胞（Fibroblast）的亞型鑒定

大量的研究表明，成纖維細胞在調節組織穩態，協調炎性反應，介導組織損傷等方面有重要作用。基于本研究，作者發現在基礎治療后，牙周炎患者的牙周組織中成纖維細胞顯著下降，對其細分后鑒定出了4種細胞亞型：成纖維細胞，周細胞，肌成纖維細胞和增殖細胞，而細分后的成纖維細胞又可分為兩大類群，分別是具有功能異質性成纖維細胞和成骨譜系細胞（CD55⁺ 間充質干細胞（MSCs），APOE⁺ 成骨前體細胞，IBSP⁺ 成骨細胞）。值得注意的是，成骨譜系細胞包括MSCs、成骨前體細胞、成骨細胞均在牙周炎治療后（PDT組）顯著下調，提示這可能是牙周炎治療后牙槽骨再生困難的原因。

3. 成骨譜系細胞分化分析

隨后，作者利用流式細胞分選技術從牙周組織中分離出CD55⁺NT5E⁺LepR⁺ 細胞，在體外進行三系分化誘導培養，發現CD55⁺NT5E⁺LepR⁺ 細胞具有多向分化潛能；利用免疫熒光發現，牙周炎患者中CD55⁺LepR⁺ 間充質干細胞減少。進一步，作者利用scVelo和擬時序分析探究了成骨細胞譜系的分化過程，預測牙周組織中MSCs向成骨前體細胞和成骨細胞方向的分化。

4. 周細胞的多譜系分化潛力

基于周細胞具有自我更新、組織修復和再生的能力，可能在牙周炎治療后作為成骨譜系細胞的潛在替代細胞。因此，作者對周細胞和肌成纖維細胞進行亞群分析，并利用擬時序分析推測了細胞亞群的分化方向，發現CXCL12⁺ MSC-like周細胞是分化的起點，有向POSTN⁺/SPON2⁺ 周細胞和MYH11⁺/ACTA2⁺ 肌成纖維細胞分化的趨勢。進一步分析發現POSTN⁺/SPON2⁺ 周細胞分化方向富集參與“成骨細胞分化”、“骨化”和“骨骼系統發育”的相關基因，提示存在成骨分化潛能。

5. 破骨細胞分化軌跡

基于單核細胞譜系對炎癥的反應與作用，參與骨損傷的功能，作者對單核細胞系進行subCluster分析，鑒定出2個單核細胞亞群、3個巨噬細胞群、1個破骨細胞群和1個樹突狀細胞群；為探究破骨細胞系的轉化歷程，作者重建了單核細胞、巨噬細胞和破骨細胞的發育軌跡，并進一步利用GO Pathway分析，發現在破骨細胞形成的最后階段，不僅細胞分化和礦物質吸收相關的通路顯著富集，與免疫反應、抗原處理和呈遞及炎癥反應相關的基因也顯著表達，表明牙周組織中破骨細胞具有促進炎癥的功能。

6. 內皮細胞亞群分析

鑒于患者樣本（較HC組）中存在大量的內皮細胞，作者對內皮細胞進行了進一步分析，鑒定出了4種亞群細胞：靜脈內皮細胞、動脈內皮細胞、淋巴內皮細胞和增殖內皮細胞。隨后的SCENIC分析發現，轉錄因子SOX17和TEAD3參與了穩態和炎癥條件下的動脈再生，可導致牙周微環境中動脈內皮細胞的改變，引起內皮細胞的顯著增加。

7. T細胞和B細胞異質性

基于T細胞和B細胞在調節慢性炎癥中的重要作用，作者對T細胞進行進一步分析，確定了三種T細胞類型，分別是NKT細胞、CD4⁺ T細胞和CD8⁺ T細胞，而CD8⁺ T細胞又可以細分為7種亞型（CD8⁺ T_Effector，CD8⁺ T_EMRA等）。通過QuSAGE分析發現，與HC組相比，PD組中CD8⁺T細胞的NOD-like受體信號通路、IL17信號通路、TNF信號通路等顯著激活。另外與免疫檢查點基因（TIGIT, CD96, CD44）在CD8⁺ T細胞中顯著上調。B細胞群體也可進一步分為3種細胞亞群，進一步利用GO Pathway分析，發現較HC組，PD組中與炎性特異性反應相關的通路，抗原加工和呈遞通路等被激活。

8. 牙周組織中的細胞通訊

為了闡明骨骼細胞譜系和免疫細胞間的細胞互作關系，作者利用了CellPhoneDB分析，發現有26942個配受體對在三組樣本中共同存在。而在內皮細胞和成骨前體細胞中，大多配受體關系主要存在于Ephrin-Eph信號通路上（參與機體多種生理病理的活動，如骨的重塑、組織修復和纖維化等）。最后作者利用免疫熒光技術，檢測了Ephrin A1（內皮細胞表達）和Eph A7（成骨前體細胞表達）的定位情況，發現HC組的牙槽骨表面有大量的Eph A7⁺ALP⁺成骨前體細胞，而PD樣本Eph A7⁺ALP⁺ 成骨前體細胞顯著下降，反而存在大量的Ephrin A1⁺CD31⁺內皮細胞。

在本研究中作者利用單細胞轉錄組測序，全面描繪了牙周炎骨免疫微環境細胞類型的精細變化，揭示單個細胞基因開啟或關閉的綜合景觀，勾勒骨骼細胞與免疫細胞間信號通訊的復雜過程，為深入解析牙周炎牙槽骨再生的細胞和分子機制提供了創新見解。

原文鏈接

https://thno.org/v12p1074.htm