睡眠是生命中不可缺少的一部分，它對維持機體的穩(wěn)態(tài)，預(yù)防各種疾病等具有重要作用。近年來，隨著社會節(jié)奏的加快，人們的睡眠時間普遍縮短，平均睡眠質(zhì)量存在下降，不得不面臨著睡眠不足對健康的不利影響，尤其是青年人群。

　　據(jù)報道，在人類中，睡眠不好與自身免疫性疾病、腫瘤和感染的風(fēng)險增加有關(guān)。短期睡眠不足會損害先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致感染易感性增加;而長期習(xí)慣性睡眠不足或通宵工作則可導(dǎo)致全身性慢性炎癥，并與各種炎癥相關(guān)疾病如糖尿病、動脈粥樣硬化、神經(jīng)退行性疾病等相關(guān)?？偟膩碚f，睡眠不佳會廣泛影響免疫系統(tǒng)，并與更高的疾病易感性有關(guān)。

　　2021 年 11 月 25 日，中山大學(xué)中山眼科中心 & 眼科國家重點實驗室蘇文如、鄭穎豐團隊在Communications Biology雜志在線發(fā)表了題為Effects of poor sleep on the immune cell landscape as assessed by single-cell analysis的文章，他們利用質(zhì)譜流式細胞術(shù)(Cytometry by time of flight，CyTOF)和單細胞 RNA 測序技術(shù)(scRNA-seq)分析了熬夜整晚后外周血單個核細胞(PBMCs)的特性和變化。

　　研究發(fā)現(xiàn)熬夜可通過重新編程免疫亞群組成、基因表達特征、富集通路、轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和細胞間相互作用等，來促進外周血的炎性狀態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)提供了睡眠不良對免疫系統(tǒng)影響的全面圖譜，并擴展了人們對熬夜作為炎癥或自身免疫性疾病和衰老相關(guān)疾病的誘發(fā)因素的認識。

　　主要研究內(nèi)容

　　為了繪制熬夜前后人類外周循環(huán)免疫系統(tǒng)的變化，并鑒定出與熬夜相關(guān)的細胞特異性改變，研究人員采集了 6 名健康個體熬夜前后的血液樣本，然后進行 CyTOF 和 scRNA-seq 分析。利用 scRNAseq，他們共鑒定了巨核細胞、CD34 陽性細胞和 5 個主要免疫細胞譜系。同時，基于每個細胞群體中上調(diào)的典型譜系標記基因的表達，他們進一步將 5 個免疫細胞群體細分為 25 個轉(zhuǎn)錄亞群。　

　　熬夜影響外周循環(huán)細胞免疫系統(tǒng)

　　為了闡明熬夜后細胞類型組成的變化，他們比較了熬夜前和熬夜后各主要細胞類型的數(shù)量和比例?？偟膩碚f，熬夜后 T 細胞比例增加了約 3%，髓系細胞比例減少了約 4%。在更加細致的分群中，他們發(fā)現(xiàn) CD8+效應(yīng)記憶 T 細胞、增殖性 T 細胞和衰竭 T 細胞的比例增加;此外，漿細胞(PCs) 也顯著上調(diào)。

　　NK 細胞群數(shù)量和比例的分析表明，其亞群組成發(fā)生了改變，NK2 比例顯著增加，NK3 則顯著減少。在髓系細胞中，常規(guī)單核細胞和漿細胞均增加?？傊?，這些分析結(jié)果揭示了外周循環(huán)中復(fù)雜的細胞動力學(xué)，進一步支持了熬夜會破壞血液免疫穩(wěn)態(tài)的概念。

　　熬夜后基因表達的變化

　　為了識別與熬夜相關(guān)的分子事件，他們分析鑒定了熬夜前后血液免疫細胞的差異表達基因(DEGs)，發(fā)現(xiàn)所有 6 名參與者都顯示了一些炎癥基因的增加，包括 AP-1 家族基因(JUN, FOS)， DNA 損傷標記物(DDIT3, GADD45B)，干擾素相關(guān)發(fā)育調(diào)節(jié)因子 1(IFRD1)等。

　　接下來的基因富集和通路分析結(jié)果也顯示，熬夜后普遍上調(diào)的基因在 AP-1 通路、白細胞活化、細胞衰老通路的激活和細胞應(yīng)激反應(yīng)中富集;此外，熬夜還導(dǎo)致了與金屬離子穩(wěn)態(tài)和解毒相關(guān)的多條通路的下調(diào)。

　　熬夜導(dǎo)致淋巴細胞的改變

　　淋巴細胞在炎癥和自身免疫中起著重要作用，使用 CyTOF，他們發(fā)現(xiàn)熬夜后淋巴細胞，尤其是 T 細胞的顯著增加。此外，所有 B 細胞亞群的分析結(jié)果也表明其與炎癥狀態(tài)相關(guān)的基因表達在增加，包括 NFKBIA、JUN 和 COX5A。

　　為了理解熬夜相關(guān)的生物學(xué)意義，他們使用上調(diào)的差異基因進行了通路富集分析，發(fā)現(xiàn)熬夜后普遍上調(diào)的生物學(xué)過程為蛋白質(zhì)加工和細胞凋亡。值得注意的是，熬夜上調(diào)了 CD4、TEM 和 Treg 細胞群體中 IFN-γ 的產(chǎn)生，以及上調(diào)了 p38MAPK 和 IL-17 信號通路，這些生物學(xué)過程和通路與自身免疫激活密切相關(guān)。

　　總的來說，這些發(fā)現(xiàn)表明，熬夜重新編程了循環(huán)淋巴細胞的蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄譜，并可能誘導(dǎo)自身免疫相關(guān)的表型。

　　熬夜后髓系細胞的變化反映了血液中的炎癥激活

　　人外周血髓系細胞，包括單核巨噬細胞和樹突狀細胞(DC)，他們在抗原呈遞和炎癥過程中發(fā)揮著重要功能。分析結(jié)果顯示，熬夜除了誘發(fā)炎癥外，還能夠誘導(dǎo)髓系細胞衰老的跡象，表明熬夜與衰老之間存在密切關(guān)系。

　　為了探究內(nèi)在的調(diào)控機制，他們評估了其中上調(diào)差異基因的核心轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熬夜后，轉(zhuǎn)錄因子活性在經(jīng)典 2 型樹突狀細胞(cDC2)和經(jīng)典單核細胞子集中上調(diào)最多，熬夜能夠上調(diào)與炎癥激活相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，包括 NFKB1、RELA、JUN 和 ATF2。

　　此外，NF-κB 家族參與了多種炎癥基因的調(diào)控，包括趨化因子(CCL3、CCL4、CXCL2、CXCL8)和炎癥細胞因子(IL1B 和 TNF)等。值得注意的是，IL1B 和 TNF 表達在熬夜后的 cDC2 中尤其高。總之，這些結(jié)果證明了 cDC2 在熬夜誘導(dǎo)的炎癥激活中的關(guān)鍵作用。

　　熬夜后異常的細胞間通訊模式與免疫功能障礙

　　復(fù)雜的細胞反應(yīng)始于配體與其同源受體的結(jié)合以及特定細胞信號通路的激活。盡管在與不良睡眠相關(guān)的研究中強調(diào)了免疫功能障礙，但尚未有研究對循環(huán)免疫系統(tǒng)中特定的熬夜誘導(dǎo)的細胞間相互作用進行報道。

　　為了識別熬夜后的細胞間相互作用，研究人員對熬夜前后的細胞間通訊進行了分析比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與熬夜前相比，熬夜后細胞間相互作用的頻數(shù)出現(xiàn)了增加。進一步的分析顯示這些相互作用主要涉及淋巴細胞對其他細胞的炎癥激活以及髓系細胞對其他細胞的趨化性。

　　具體而言，熬夜后顯示出獨特的細胞間通訊，包括 T 細胞和 DC 之間的 IL18-IL18R1;NKs 和 T 細胞之間的 IL23A-IL23R;B 細胞和 T 細胞之間的 IL12B-IL23R 等。總之，這些發(fā)現(xiàn)揭示了熬夜誘導(dǎo)的特定相互作用，并突出了與自身免疫和炎癥性疾病有關(guān)的信號通路。

　　綜上所述，該團隊首次利用 CyTOF 和 scRNA-seq 對熬夜前后的外周血單個核細胞(PBMCs)進行了單細胞維度的轉(zhuǎn)錄和蛋白層面的雙重分析，獲得了睡眠不良或熬夜后的人體循環(huán)免疫細胞圖譜，并從細胞類型組成、亞群特異性基因表達、富集通路、轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和細胞間通訊等方面，系統(tǒng)全面地評估了睡眠不足對免疫系統(tǒng)的影響，闡明了熬夜會促進機體的炎癥、細胞衰老和免疫功能障礙的影響。

　　總之，在本研究中，首次應(yīng)用單細胞技術(shù)，提供了睡眠不良對免疫系統(tǒng)影響的全面概況，并擴展了人們對相關(guān)生理病理層面的知識。

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