BD Rhapsody助力肠道菌群介导免疫系统调节研究
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Bifidobacteria-mediated immune system imprinting early in life

前言

研究发现,生命早期的免疫·微生物相互作用会影响过敏、哮喘和其他炎症疾病的发生。最近,Cell上发表的一篇题为 "Bifidobacteria-mediated immune system imprinting early in life"的高分文章,就系统地解析了新生儿免疫系统的形成及肠道 群建立发展的过程,并通过BD Rhapsody单细胞多组学技术平台深入地研究了菌群代谢对免疫平衡调节的作用。

技术亮点

单细胞平台 : BD Rhapsody

应用项目:

    •   BD Rhapsody单细胞靶向转录组分析
    •   BD Rhapsody蛋白组分析: 使用了18个BD AbSeq抗体
    •   BD Rhapsody多样本标签( SMK )

1  新生婴儿免疫系统形成动态监测

对208名新生婴儿的858份血液样本,利用流式技术分析64种血液免疫细胞的动态变化;同时利用细胞因子检测技术监 测355种血浆蛋白的动态变化。

2   新生婴儿肠道菌群建立

对157名新生婴儿的347份粪便样本进行宏基因组测序分析,发现肠道菌群在刚出生时变化性很大而之后随时间逐渐聚 合。并发现在绝大多数新生儿中,类杆菌科和双歧杆菌科丰度随时间增加。

Figure2. 流式鉴定肿瘤浸润的T的免疫表型

3   肠道菌群及代谢物对免疫系统发育的影响

01   生命早期双歧杆菌科对免疫系统的影响

对比富含双歧杆菌科和缺乏双歧杆菌科的新生婴儿,从免疫细胞及血浆蛋白两个角度说明双歧杆菌科对新生婴儿免疫 系统调节的作用,如富含双歧杆菌的婴儿高表达抗炎的非经典单核细胞,而缺乏双歧杆菌的婴儿则高表达肠道炎症相关介质如TNF-a,IL-17A。

02   功能验证肠道菌群及代谢物对新生儿免疫系统的影响

为了验证肠道菌群代谢对新生婴儿免疫系统的影响,作者设计了实验对照,实验组母乳喂养婴儿额外补充双歧杆菌B infantis EVC001,对照组则是正常母乳喂养的婴儿。结果发现EVC001会上调IFNB、降低肠道免疫以及下调Th2及Th17类反 应。

之后作者在体外功能验证实验中,利用BD Rhapsody单细胞多组学技术平台,揭示EVC001额外补充婴儿代谢物对T细 胞分化的影响。

研究方法

生命早期双歧杆菌科对免疫系统的影响

使用在BD Rhapsody单细胞多组学系统中以下产品( 具体见表格)

01   BD Rhapsody单细胞向转录组扩增 (TTA) Panel:

BD Rhapsody Human T Cell Expression Panel ( Cat. No. 633751 )

02   BD Rhapsody蛋白组测序抗体 : 18个 AbSeq Ab-oligos

03   BD Rhapsody样本标签SMK :BD Single Cell Multiplexing Kit ( Cat.No.633781)

测序后,利用靶向转录组及膜蛋白表达情况,按照BDRhapsodyAnalysis Pipeline进行数据分析。

实验设计

实验组

额外补充优化的双歧杆菌B.infantisEVC001给母乳 喂养的婴儿(n=29)

(EVC001:全部表达57个HMO代谢基因,可代谢 母乳中婴儿无法吸收的人乳寡糖HMOs )

对照组

正常母乳喂养的婴儿(n=31);分别取两组粪便 样本的浸出液,与naive CD4tT细胞共培养。

之后结合SMK样本标签技术(9个样本/芯片,约 20000个细胞/芯片),进行单细胞转录组与膜蛋白 测序。

实验结果

通过对单细胞转录组和膜蛋白表达数据进行降维聚类,PAGA分析发现,实验组婴儿的粪便浸出液将Th0细胞向Th2极 化的状态扭转为向Th1极化的状态(图4C)。并分析了两组实验中Th0细胞差异表达的基因(图4D)。

最后,研究者通过代谢产物分析发现了实验组婴儿粪便中的重要代谢物LA。用LA代替粪便浸出液重复以上T细胞极化 实验,验证了双歧杆菌可能通过代谢产物ILA诱导Th2和Th17高表达抑制T细胞活化的LGALS1(galectin-1),从而缓解炎症。

单细胞测序技术是一种测定单个细胞转录组与蛋白表达信息的新兴技术,具有高细胞通量及高分辨率等特征,为系统 的单细胞分子水平研究创造了前所未有的机会。BD Rhapsody单细胞多组学技术平台具备100-40000个高细胞通量,同时 兼备膜蛋白测序及样本标签技术,为单细胞测序提供完整解决方案,可从转录组水平及蛋白组水平系统解析细胞异质性以 及组织微环境构成、发现差异表达的基因及蛋白,为临床科学等研究以及生物医药发现提供新的思路以及解决方案。

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基因水平:PCR Array、RT-PCR、PCR、单细胞测序
蛋白水平:MSD、Luminex、CBA、Elispot、Antibody Array、ELISA、Sengenics
细胞水平:细胞染色、细胞分选、细胞培养、细胞功能
组织水平:空间多组学、多重荧光免疫组化、免疫组化、免疫荧光
数据分析:流式数据分析、组化数据分析、多因子数据分析
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