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基于单细胞组学与遗传变异解析狼疮肾炎发病机制

系统遗传学,eQTL,snATAC-seq,scRNA-seq,lupus nephritis

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狼疮肾炎（lupus nephritis，LN）是系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）最严重的并发症之一，是导致患者发展到终末期肾病和死亡的主要原因。LN 的发生发展并非由单一分子或单一细胞异常所致，而是多种免疫细胞类型、分子调控层级及遗传易感因素相互作用的结果。传统遗传学或单一组学研究虽然揭示了部分风险变异或分子特征，但难以从整体层面解释遗传变异如何跨越分子、细胞与系统层级，驱动复杂免疫表型的形成。因此，亟需在系统遗传学（systems genetics）的理论框架下，整合多层级分子表型与群体遗传信息，系统解析 LN 的免疫调控机制及其遗传基础。

针对上述问题，本文以 LN 外周血免疫细胞为研究对象，基于系统遗传学思想，系统整合单细胞转录组测序（scRNA-seq）、单核染色质可及性测序（snATAC-seq）及群体水平的eQTL 和 GWAS 数据，从“细胞表型—染色质调控—遗传变异驱动”三个层次，逐步构建 LN 免疫异常的多层级调控图谱，揭示遗传风险如何通过细胞类型特异性的调控网络作用于疾病表型。主要内容如下：

第一部分基于 scRNA-seq 对 LN 患者与健康对照外周血单个核细胞（PBMC）进行系统分析，全面刻画 LN 外周免疫系统的细胞组成及转录特征变化。结果显示，LN 患者中多种免疫细胞亚群发生显著比例失衡与功能异常，其中髓系细胞和浆细胞显著增多，CD4⁺ T 淋巴细胞明显减少，并伴随 I 型干扰素相关基因的广泛激活，整体呈现出“先天免疫过度激活而适应性免疫受抑”的系统性转录特征，为后续调控机制与遗传驱动分析提供了细胞表型基础。

第二部分通过对同一批 LN 样本进行 snATAC-seq 分析，并与 scRNA-seq 数据整合，系统解析了免疫细胞类型特异性的顺式调控元件（cis-regulatory elements，CREs）及其与基因表达的关联。研究发现，LN 中大量差异表达基因受到多个 CREs 调控，形成LN中的高被调控基因（highly regulated genes，HRGs）。这提示 LN 中广泛存在以染色质可塑性改变为特征的调控重编程过程。该过程使遗传变异与环境信号得以通过 CRE–转录因子（TF）–基因构成的调控网络被系统性整合和放大，从而驱动免疫功能异常。在此基础上，本文进一步构建了 LN 免疫细胞的核心转录调控网络，鉴定出 SPI1、CEBPA、LEF1、ETS1 等关键转录因子，揭示其在不同免疫细胞类型中协调调控异常免疫反应的作用机制。

第三部分首先构建了首个中国LN人群的 eQTL 图谱，解析遗传变异对基因表达的调控效应。然后通过与 SLE 和肾功能（eGFR）GWAS 数据的贝叶斯共定位分析，筛选出多个高可信度的 LN 候选致病基因，并利用Crispr-cas9技术，验证了特定调控元件对基因的调控效应。通过将GWAS SNP进一步结合单细胞峰–基因关联（peak-to-gene linkage），揭示遗传变异通过扰动细胞类型特异性的 CREs，进而影响转录因子–基因调控网络，最导致 LN 中免疫细胞功能异常。此外，通过分析不同疾病和性状的精细映射 SNP 在各免疫细胞开放染色质区域中的富集特征，明确了 B 细胞在 SLE 遗传易感性中的核心地位，并系统解析了 LN 中 B 细胞分化过程中 TF 驱动的调控程序，揭示BCL11A、BATF、PRDM1等转录因子在浆细胞形成过程中的关键作用，并为潜在药物靶点的筛选提供了遗传学证据。

综上所述，本文以系统遗传学为理论框架，整合单细胞多组学数据与群体遗传关联分析，构建了从遗传变异到染色质调控、再到细胞功能异常的跨层级因果链条，系统解析了狼疮肾炎外周免疫系统的调控架构。研究结果揭示了遗传变异如何通过细胞类型特异性的调控网络影响免疫细胞功能，强调了 B 细胞及其分化程序在 SLE 遗传易感性中的核心地位，以及髓系细胞介导的先天免疫反应在 LN 进展中的系统性作用。本研究为从整体和因果层面理解 LN 的发病机制提供了系统遗传学证据，也为精准免疫干预和靶向治疗策略的开发奠定了理论基础。