کشف تعاملات بین سلول‌های مختلف در بیماری سلیاک با single-cell transcriptomics

مقدمه‌ای بر بیماری سلیاک و آسیب‌های روده‌ای

بیماری سلیاک نوعی بیماری است که در اثر واکنش ایمنی به خوردن گلوتن ایجاد می‌شود. گلوتن پروتئینی است که در غذاهای حاوی گندم، جو یا چاودار یافت می‌شود. اگر به بیماری سلیاک مبتلا هستید، خوردن گلوتن باعث ایجاد پاسخ ایمنی به پروتئین گلوتن در روده کوچک شما می‌شود. با گذشت زمان، این واکنش به پوشش روده کوچک شما آسیب می‌رساند و از جذب مواد مغذی توسط آن جلوگیری می‌کند، وضعیتی که به آن سوء جذب می‌گویند. آسیب روده اغلب باعث علائمی مانند اسهال، خستگی، کاهش وزن، نفخ یا کم‌خونی می‌شود. همچنین در صورت عدم مدیریت یا درمان، می‌تواند منجر به عوارض جدی شود. در کودکان، سوء جذب علاوه بر علائم گوارشی، می‌تواند بر رشد و نمو نیز تأثیر بگذارد. هیچ درمان قطعی برای بیماری سلیاک وجود ندارد. اما برای اکثر افراد، پیروی از یک رژیم غذایی بدون گلوتن می‌تواند به مدیریت علائم و بهبود روده‌ها کمک کند.

زمینه ژنتیکی در بیماری سلیاک

سلیاک یک بیماری با زمینه ژنتیکی قوی است که عمدتاً با وجود آلل‌های HLA-DQ2 و HLA-DQ8 هدایت می‌شود. مطالعات ژنتیکی تاکنون بیش از ۴۰ جایگاه ژنومی غیر HLA و بیش از ۱۰۰ ژن کاندید را شناسایی کرده‌اند که بیشتر آن‌ها در تنظیم سیستم ایمنی نقش دارند. شواهد حاصل از مدل‌های موشی و مطالعات اپیدمیولوژیک نیز ویروس‌ها را به‌عنوان یکی از عوامل احتمالی از بین رفتن تحمل ایمنی نسبت به گلوتن مطرح کرده‌اند.

پاتوفیزیولوژی سلیاک چندعاملی است و انواع مختلفی از سلول‌ها در آن نقش دارند. در این بیماری، آنزیم ترانس‌گلوتامیناز بافتی ۲ گلوتن غذایی را دآمینه می‌کند و سپس سلول‌های ارائه‌دهنده آنتی‌ژن، پپتیدهای حاصل را از طریق مولکول‌های HLA-DQ2 یا HLA-DQ8 به سلول‌های T CD4+ ارائه می‌دهند. این سلول‌های T اختصاصی گلوتن معمولاً دارای فنوتیپ TH1 یا TFH هستند که نشان‌دهنده‌ی نقش مهم تعاملات بین سلول‌های T و B در تولید آنتی‌بادی‌های بیماری‌زا، از جمله آنتی‌بادی‌های ضد ترانس‌گلوتامیناز و ضد پپتیدهای گلوتن دآمینه‌شده هستند.

اگرچه سلول‌های T CD4+ برای القای آسیب مخاطی ضروری‌اند، اما حضور آن‌ها به‌تنهایی کافی نیست. لنفوسیت‌های داخل اپیتلیالی (IELs) که بیشتر آن‌ها سلول‌های T CD8+ هستند، در روده بیماران مبتلا به CD به‌وفور دیده می‌شوند. این سلول‌ها احتمالاً با واسطه‌ی سیتوکین‌هایی مانند IL-15، IL-2، IL-21 و IFNγ فعال می‌شوند. برخی از این لنفوسیت‌ها می‌توانند سلول‌های اپیتلیال را از طریق مسیرهایی مستقل از گیرنده TCR، با واسطه‌ی گیرنده‌هایی چون NKG2C و NKG2D و لیگاندهای آن‌ها مانند MICA و HLA-E، از بین ببرند. با این حال، الگوهای رونویسی و نقش دقیق سیگنالینگ TCR در این جمعیت‌ها هنوز به‌طور کامل مشخص نشده است.

درمان سلیاک

در حالی‌که چندین درمان جدید در حال توسعه هستند، نتایج برخی آزمایش‌های بالینی که بر تخریب گلوتن، تحمل‌زایی سلول‌های T اختصاصی گلوتن و مهار IL-15 تمرکز داشتند، موفقیت‌آمیز نبوده‌اند. در مقابل، روش‌هایی مانند استفاده از مهارکننده‌های ترانس‌گلوتامیناز بافتی یا القای تحمل ایمنی، نتایج امیدوارکننده‌ای داشته‌اند. استفاده از ترانسکریپتومیکس تک‌سلولی، منظر تازه‌ای از اکوسیستم سلولی دستگاه گوارش فراهم کرده و درک ما از ایمونوپاتولوژی سلیاک را بهبود بخشیده است. مطالعات اخیر با استفاده از سیتومتری جرمی، بررسی سلول‌های T اختصاصی گلوتن و توالی‌یابی RNA تک‌سلولی، بینش‌های جدیدی را درباره‌ی سلول‌های ایمنی مخاطی و در گردش، به‌ویژه در انواع مقاوم به درمان CD، ارائه داده‌اند.

کشف تعاملات بین سلول‌های مختلف در آسیب‌های روده‌ای

سلول‌های ایمنی، اپیتلیال و استروما نقش کلیدی در آسیب‌های روده‌ای مرتبط با بیماری سلیاک (CD) دارند. شناسایی و تحلیل تعاملات میان این سلول‌ها می‌تواند درک ما از مکانیزم‌های زمینه‌ساز این بیماری را به‌طور چشمگیری افزایش دهد. با این حال، این تعاملات تاکنون به‌طور کامل مشخص نشده‌اند. به‌تازگی، Michael E. B. FitzPatrick و همکارانش با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ای مانند رونوشت‌برداری تک‌سلولی (بر پایه RNA-Seq از 86,442 سلول ایمنی، اپیتلیال و پارانشیمی از 35 فرد) و Spatial Transcriptomics (از نمونه‌های 20 فرد) به بررسی دقیق این اکوسیستم سلولی در بیماران مبتلا به سلیاک پرداخته‌اند. در ادامه، نگاهی خواهیم داشت به دستاوردهای این پژوهش و آنچه از تعاملات سلولی در روده بیماران سلیاکی کشف شده است.

روش تحقیق

در این مطالعه، این تیم از ترکیب Single-cell RNA-seq و Spatial Transcriptomics بهره گرفتند تا شبکه‌ای از جمعیت‌های سلولی ایمنی، اپیتلیال و پارانشیمی در بیماران بزرگسال و کودک مبتلا به سلیاک را تعریف کنند. بررسی تعاملات موضعی فضایی میان این سلول‌ها، که باعث التهاب و بازسازی مخاط می‌شوند و با حضور زیرمجموعه‌های خاصی از سلول‌های T در جایگاه‌های مشخص مخاطی همراه‌اند، می‌تواند شناسایی اهداف درمانی جدید برای پیشگیری و درمان این بیماری را تسهیل کند.

نتایج تحقیق

نتایج این پروژه نشان میدهد که:

1. در جمعیت‌های اپیتلیال:

   • الگوهای رونویسی تحت تأثیر اینترفرون قرار دارند.

   • سلول‌های ترشحی و انترواندوکرین دچار اختلال شده و به سمت وضعیت پیش‌ساز (پیش‌التهابی/پیش‌سرطانی) میل می‌کنند.

2. در سلول‌های T مخاطی:

   • تغییرات عددی و عملکردی در زیرمجموعه‌های مختلف مشاهده می‌شود، از جمله:

     • سلول‌های T تنظیمی (Tregs)

     • سلول‌های T کمکی فولیکولی (Tfh)

     • لنفوسیت‌های داخل اپیتلیالی (IELs)

     • سلول‌های T CD8⁺

     • سلول‌های T γδ

   • رپرتوار گیرنده‌های آنتی‌ژن سلول‌های T (TCR) نیز دچار تغییر شده‌اند.

   • این تغییرات حتی پس از درمان باقی می‌مانند که حاکی از وجود یک «اسکار» مزمن ایمنی–اپیتلیالی است.

3. با استفاده از Spatial Transcriptomics:

   • نواحی فعال رونویسی فراتر از آنچه در روش‌های سنتی بافت‌شناسی دیده می‌شود، شناسایی شده‌اند.

   • ساختارهای لنفاوی اختصاصی مرتبط با CD، شامل تعاملات پیچیده سلول‌های T و B، مشخص شده‌اند.

4. از تحلیل‌های فضایی گیرنده–لیگاند و بیان ژن:

   • شبکه‌های مختل‌شده‌ی سیگنال‌دهی کموکاین‌ها و مورفوژن‌ها شناسایی شدند.

   • اهداف درمانی بالقوه‌ای برای پیشگیری و درمان بیماری سلیاک معرفی شدند.