【客户文章】10x 单细胞RNA测序揭示cDC3在溃疡性结肠炎患者对抗TNF-α治疗反应中的关键作用
文章题目：单细胞RNA测序揭示cDC3在溃疡性结肠炎患者对抗TNF-α治疗反应中的关键作用
发表期刊：Journal of Translational Medicine
影响因子：7.5
发表时间：2025-09-30
发表单位：昆明医科大学第一附属医院消化内科、昆明医科大学第一附属医院云南省消化疾病临床研究中心及昆明医科大学第一附属医院 临床医学研究中心
云准提供服务：10x 单细胞3ʹ转录组服务
溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性非特异性炎症性疾病，属于炎症性肠病（IBD）。UC的复杂病因导致治疗中的临床结果多样化。在临床实践中，大约30%的UC患者对抗TNF-α一线治疗无反应。单细胞RNA测序技术能够在单个细胞分辨率上揭示细胞群体的多样性、细胞状态转变和细胞间通讯，为发现新的生物标志物和治疗靶点提供了强大工具。
研究对象：8名重度UC患者。
治疗与分组：所有患者接受英夫利昔单抗（Infliximab）治疗14周。
应答组：4名，治疗后有内镜缓解。
无应答组：4名，治疗无效。
样本采集：每位患者在治疗前和治疗后14周采集肠道黏膜组织。共形成4个比较组：pre-R, post-R, pre-NR, post-NR共16个样本。
技术：组织经消化后制备单细胞悬液，使用10x Genomics平台进行单细胞文库构建和测序。后续进行生物信息学分析（细胞分群、差异基因、轨迹推断、细胞通讯）和免疫荧光实验验证。
研究设计示意图
一、临床病理证实IFX疗效异质性
本研究通过4名IFX应答者与4名无应答者，并在治疗前后配对采集了肠道黏膜组织，采用了严谨的配对样本设计，进行了高精度的单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析。图1B的H&E染色结果明确显示：在IFX应答组（R组），治疗后的肠道黏膜炎症细胞浸润显著减少，隐窝结构损伤得到明显修复；而在无应答组（NR组），治疗后的病理损伤未见改善，甚至出现隐窝萎缩、黏膜水肿加重等现象。该组织病理学结果与（图1C）所示的Mayo评分显著下降的临床数据相互印证：仅应答组在治疗后评分显著下降。这表明在组织和临床层面确认了治疗应答与无应答的显著差异，为后续深入的分子细胞机制探索锚定了明确的生物学表型。
图1. 基于病理与临床评分的抗TNF-α治疗疗效评估
二、单细胞图谱锁定关键细胞cDC3s
在确认临床表型后，研究通过scRNA-seq技术，对约11.4万个肠道黏膜细胞的分析，成功构建了免疫细胞图谱（图2A, 2E），鉴定出8个主要细胞类型：T/NK细胞、B细胞、髓系细胞、成纤维细胞、内皮细胞、上皮细胞、神经元细胞和增殖细胞。作者发现，在应答组中，髓系细胞整体比例显著下降（图3A, 3B），进一步的亚群分析将髓系细胞分为10个亚群，分析结果表明，LAMP3+ cDC3s（第6亚群）的比例变化与治疗应答表型具有高度特异性关联：其比例仅在应答组治疗后显著降低（图3D）。通过系统性筛查，本研究将复杂的免疫细胞变化聚焦到一个特定的细胞亚群上，cDC3s的比例与治疗应答表型的特异性关联，提示其可能是介导IFX疗效的一个关键效应细胞。
图2. 来自溃疡性结肠炎患者肠黏膜衍生细胞的单细胞基因表达分析
图3. pre-R 和 post-R 组之间差异髓系细胞的亚群聚类分析
三、揭示通讯重塑，明确cDC3s核心枢纽地位
在锁定关键细胞后，研究从转录功能和细胞互作两个维度，深入阐释了cDC3s在治疗后的状态改变。
（图4D） 的基因功能富集分析表明，应答组cDC3s中下调的基因显著富集于IL-18产生、TNF信号通路等核心促炎通路，提示其促炎功能被有效抑制。作者利用计算方法系统推断了细胞间的信号通讯网络， 研究发现，在治疗应答组中，cDC3s与成纤维细胞和上皮细胞之间的配体-受体相互作用显著减弱。其中，CCR7-CCL19 和 HLA-DPB1-TNFSF9 等关键信号轴的变化尤为突出（图5A, 5C）。
cDC3s与基质细胞间的通讯重塑，中断了原有的促炎信号放大环路。这种细胞间通讯的显著减弱，可能切断了原有的促炎信号放大环路，从而有助于减轻组织破坏并促进上皮屏障修复，在组织结构层面巩固治疗效果。免疫荧光实验进一步证实了HLA-DPB1在LAMP3+ cDC3s中的表达及其在治疗后下降的趋势。
这部分结果揭示了cDC3s影响疗效的双重机制：一方面，其内在的促炎功能被抑制；另一方面，其与微环境中间质细胞的促炎性“对话”被中断。这种功能与通讯的双重紊乱，共同瓦解了cDC3s驱动炎症的能力。
图4. LAMP3+cDC3s 的基因表达特征
图5. LAMP3+ cDC3 细胞、成纤维细胞和肠上皮细胞之间的细胞间通讯
四、细胞轨迹分析揭示分化受阻的源头性机制
为探究cDC3s数量减少的根源，研究人员运用拟时序分析技术，重构了其分化轨迹。研究人员运用拟时序分析技术，重构了其分化轨迹。 细胞轨迹分析显示，在治疗应答组中，前体细胞向LAMP3+ cDC3s的分化路径在治疗后明显受阻（图7F-H）。同时，与分化过程相关的基因表达动态分析发现，MAPK 和 TGF-β 信号通路基因发生显著改变（图8A-F）。 此发现从细胞发育的源头上解释了cDC3s数量下降的原因。研究表明，抗TNF-α治疗与cDC3s分化过程中MAPK和TGF-β信号通路的改变相关联，这可能是导致其成熟分化过程受阻的重要原因，导致具有促炎功能的成熟cDC3s无法得到补充，从而促进了炎症的消退。
图7.CLEC9A+ cDC1, CD1C+ cDC2 和 LAMP3+ cDC3的细胞轨迹
图8.cDC1 和 cDC3 转录组的动态变化
本研究系统性地应用单细胞转录组学，不仅发现并验证了LAMP3+ cDC3s作为预测疗效的关键生物标志物，更通过功能分析、互作网络和轨迹推断，构建了一个从细胞状态、细胞通讯到细胞命运的完整机制模型。这项工作清晰地展示了单细胞技术如何通过多层次整合分析，将复杂的临床表型锚定于特定的细胞亚群及其调控网络，并深入揭示了其潜在的动态机制，从而为UC的精准分型与治疗策略优化提供了坚实的科学依据。
致谢
云准(AccuraMed)深感荣幸能够作为技术合作伙伴，以专业的单细胞测序解决方案，为这一前沿探索贡献力量。我们期待继续以稳定、高效可靠的技术服务，赋能更多科研工作者，共同推动生命科学领域的创新与突破，与您共同前行。
参考文献：
【1】Li Z, Ma R, Nie Z, et al. Single-cell RNA sequencing reveals the adverse role of cDC3s in the response of ulcerative colitis patients to anti-TNF-α therapy. J Transl Med. 2025;23:1025. doi:10.1186/s12967-025-06909-1
文案：李秋燕
图片来源：图片均来源于参考文献
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