構建基于基因可塑性的新型免疫細胞分類系統(tǒng)

免疫細胞在表型和功能上高度復雜，且越來越多的免疫細胞亞群被發(fā)現(xiàn)。幾乎所有的主要免疫細胞類型都具有高度的異質性，它們構成了豐富多樣的免疫細胞世界。

傳統(tǒng)的免疫細胞分類系統(tǒng)雖然能夠較好地反映免疫細胞譜系之間的關系，但是無法很好解釋免疫細胞表型異質性問題。來自北京大學醫(yī)學部、北京大學人類疾病基因研究中心的研究人員基于大量的免疫細胞轉錄學數(shù)據(jù)分析提出了基因可塑性 (gene plasticity)的組學概念，用以描述基因表達水平發(fā)生改變的能力，包括表達量及表達秩次的改變兩個方面，建立了量化描述基因可塑性的方法并將基因分為高可塑和低可塑兩種主要類型。由于高可塑基因的表達水平具有高的變化能力，研究人員提出高可塑基因適合作為標志分子用于描述免疫細胞的功能狀態(tài)并預測新的免疫細胞亞群(主要是功能性亞群)。

為了進一步分析高可塑基因在免疫細胞亞群標識方面的作用，課題組研究人員首先對文獻報道的已知免疫細胞亞群進行了系統(tǒng)梳理，從56個免疫學相關期刊下載到17萬篇英文文獻全文，通過文本挖掘累計收集到已被實驗驗證的2757個人和2233個小鼠免疫細胞亞群。對其標志基因進行了基因可塑性得分分析，發(fā)現(xiàn)這些標志基因在高可塑基因中富集，提示高可塑基因在維持免疫細胞表型方面具有重要作用，且高可塑基因的組合極大增加了免疫細胞表型的多樣性。

因此，鑒定各個免疫細胞譜系的高可塑性基因，不僅可以有效促進新免疫細胞亞群的發(fā)現(xiàn)，而且對于高可塑基因變化規(guī)律的探索將有助于揭示免疫細胞表型的轉換規(guī)律。

研究人員進一步基于大量的轉錄組芯片、大量細胞轉錄組測序 (bulk RNA-Seg) 以及單細胞轉錄組測序(scRNA-Seg)數(shù)據(jù)，采用新的基因可塑性得分量化方法分別對B 細胞、CD4+及CD8+T細胞、單核細胞以及自然殺傷細胞等高可塑基因進行了分析和鑒定，獲得了一批具有高度可塑性的基因。

通過對這些高可塑性基因及其組合所代表的潛在新免疫細胞亞群進行了分析和預測，對其進行了文獻驗證并在T細胞中進行了部分實驗驗證結果表明高可塑基因在分析和預測免疫細胞表型方面不僅可行，而且快速高效。因此，研究人員提出了基于基因可塑性的免疫細胞分類方法，其以組學大數(shù)據(jù)分析為基礎，核心是任一免疫細胞亞群均可以基于其高可塑性基因進一步劃分為細小亞群。

作為一個理論性架構，基于基因可塑性的新型免疫細胞分類系統(tǒng)不僅可以有效解釋免疫細胞表型的多樣性，而且可以對新的免疫細胞亞群進行預測，并且與傳統(tǒng)的分類方法具有兼容性，而不是相互排斥。