Single-cell Transcriptome Analysis Reveals an Anomalous Epithelial Variation and Ectopic Inflammatory Response in Chronic Obstructive Pulmonary Disease

慢性阻塞性肺病 发病机制 转录组 间质细胞 免疫系统 趋化因子 细胞 炎症 免疫学 疾病 电池类型 肺病 医学 生物 病理
作者
Naoaki Watanabe,Jun Nakayama,Yu Fujita,Yutaro Mori,Tsukasa Kadota,Iwao Shimomura,Takashi Ohtsuka,Koji Okamoto,Jun Araya,Kazuyoshi Kuwano,Yusuke Yamamoto
出处
期刊:medRxiv 被引量:2
标识
DOI:10.1101/2020.12.03.20242412
摘要

Abstract Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a progressive disease that obstructs the airflow from the lungs, and tobacco smoking is the major cause of COPD. Here, we applied single-cell RNA sequencing to analyze COPD pathogenesis in COPD patients, non-COPD smokers and never-smokers and investigated the disease progression at single-cell resolution. By single-cell transcriptome analysis, COPD was characterized by shifts in the stromal, immune system and epithelial cell compositions. While epithelial components in never-smokers were relatively uniform, the smoker groups presented with extensive heterogeneity in epithelial cells, particularly in the alveolar type II (AT2) lineages. We identified a subpopulation of AT2 epithelial cells that emerged in smokers, such as COPD patients, and specifically expressed a series of chemokines and PD-L1. A trajectory analysis revealed that the inflammatory AT2 cell subpopulation followed a unique differentiation path, and a prediction model of cell-to-cell interactions inferred increased intercellular networks of inflammatory AT2 cells with immune and stromal cell populations. Thus, our analysis reveals a unique cellular differentiation pathway and function underlying the biological and clinical characteristics of COPD pathogenesis.

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