睡眠是生命中不可缺少的一部分，它对维持机体的稳态，预防各种疾病等具有重要作用。近年来，随着社会节奏的加快，人们的睡眠时间普遍缩短，平均睡眠质量存在下降，不得不面临着睡眠不足对健康的不利影响，尤其是青年人群。
据报道，在人类中，睡眠不好与自身免疫性疾病、肿瘤和感染的风险增加有关。短期睡眠不足会损害先天免疫系统和适应性免疫系统，导致感染易感性增加;而长期习惯性睡眠不足或通宵工作则可导致全身性慢性炎症，并与各种炎症相关疾病如糖尿病、动脉粥样硬化、神经退行性疾病等相关。总的来说，睡眠不佳会广泛影响免疫系统，并与更高的疾病易感性有关。
2021 年 11 月 25 日，中山大学中山眼科中心 & 眼科国家重点实验室苏文如、郑颖丰团队在Communications Biology杂志在线发表了题为Effects of poor sleep on the immune cell landscape as assessed by single-cell analysis的文章，他们利用质谱流式细胞术(Cytometry by time of flight，CyTOF)和单细胞 RNA 测序技术(scRNA-seq)分析了熬夜整晚后外周血单个核细胞(PBMCs)的特性和变化。
研究发现熬夜可通过重新编程免疫亚群组成、基因表达特征、富集通路、转录调控网络和细胞间相互作用等，来促进外周血的炎性状态。这些发现提供了睡眠不良对免疫系统影响的全面图谱，并扩展了人们对熬夜作为炎症或自身免疫性疾病和衰老相关疾病的诱发因素的认识。
主要研究内容
为了绘制熬夜前后人类外周循环免疫系统的变化，并鉴定出与熬夜相关的细胞特异性改变，研究人员采集了 6 名健康个体熬夜前后的血液样本，然后进行 CyTOF 和 scRNA-seq 分析。利用 scRNAseq，他们共鉴定了巨核细胞、CD34 阳性细胞和 5 个主要免疫细胞谱系。同时，基于每个细胞群体中上调的典型谱系标记基因的表达，他们进一步将 5 个免疫细胞群体细分为 25 个转录亚群。
熬夜影响外周循环细胞免疫系统
为了阐明熬夜后细胞类型组成的变化，他们比较了熬夜前和熬夜后各主要细胞类型的数量和比例。总的来说，熬夜后 T 细胞比例增加了约 3%，髓系细胞比例减少了约 4%。在更加细致的分群中，他们发现 CD8+效应记忆 T 细胞、增殖性 T 细胞和衰竭 T 细胞的比例增加;此外，浆细胞(PCs) 也显著上调。
NK 细胞群数量和比例的分析表明，其亚群组成发生了改变，NK2 比例显著增加，NK3 则显著减少。在髓系细胞中，常规单核细胞和浆细胞均增加。总之，这些分析结果揭示了外周循环中复杂的细胞动力学，进一步支持了熬夜会破坏血液免疫稳态的概念。
熬夜后基因表达的变化
为了识别与熬夜相关的分子事件，他们分析鉴定了熬夜前后血液免疫细胞的差异表达基因(DEGs)，发现所有 6 名参与者都显示了一些炎症基因的增加，包括 AP-1 家族基因(JUN, FOS)， DNA 损伤标记物(DDIT3, GADD45B)，干扰素相关发育调节因子 1(IFRD1)等。
接下来的基因富集和通路分析结果也显示，熬夜后普遍上调的基因在 AP-1 通路、白细胞活化、细胞衰老通路的激活和细胞应激反应中富集;此外，熬夜还导致了与金属离子稳态和解毒相关的多条通路的下调。
熬夜导致淋巴细胞的改变
淋巴细胞在炎症和自身免疫中起着重要作用，使用 CyTOF，他们发现熬夜后淋巴细胞，尤其是 T 细胞的显著增加。此外，所有 B 细胞亚群的分析结果也表明其与炎症状态相关的基因表达在增加，包括 NFKBIA、JUN 和 COX5A。
为了理解熬夜相关的生物学意义，他们使用上调的差异基因进行了通路富集分析，发现熬夜后普遍上调的生物学过程为蛋白质加工和细胞凋亡。值得注意的是，熬夜上调了 CD4、TEM 和 Treg 细胞群体中 IFN-γ 的产生，以及上调了 p38MAPK 和 IL-17 信号通路，这些生物学过程和通路与自身免疫激活密切相关。
总的来说，这些发现表明，熬夜重新编程了循环淋巴细胞的蛋白质组学和转录谱，并可能诱导自身免疫相关的表型。
熬夜后髓系细胞的变化反映了血液中的炎症激活
人外周血髓系细胞，包括单核巨噬细胞和树突状细胞(DC)，他们在抗原呈递和炎症过程中发挥着重要功能。分析结果显示，熬夜除了诱发炎症外，还能够诱导髓系细胞衰老的迹象，表明熬夜与衰老之间存在密切关系。
为了探究内在的调控机制，他们评估了其中上调差异基因的核心转录因子。结果发现，熬夜后，转录因子活性在经典 2 型树突状细胞(cDC2)和经典单核细胞子集中上调最多，熬夜能够上调与炎症激活相关的转录因子，包括 NFKB1、RELA、JUN 和 ATF2。
此外，NF-κB 家族参与了多种炎症基因的调控，包括趋化因子(CCL3、CCL4、CXCL2、CXCL8)和炎症细胞因子(IL1B 和 TNF)等。值得注意的是，IL1B 和 TNF 表达在熬夜后的 cDC2 中尤其高。总之，这些结果证明了 cDC2 在熬夜诱导的炎症激活中的关键作用。
熬夜后异常的细胞间通讯模式与免疫功能障碍
复杂的细胞反应始于配体与其同源受体的结合以及特定细胞信号通路的激活。尽管在与不良睡眠相关的研究中强调了免疫功能障碍，但尚未有研究对循环免疫系统中特定的熬夜诱导的细胞间相互作用进行报道。
为了识别熬夜后的细胞间相互作用，研究人员对熬夜前后的细胞间通讯进行了分析比较。结果发现，与熬夜前相比，熬夜后细胞间相互作用的频数出现了增加。进一步的分析显示这些相互作用主要涉及淋巴细胞对其他细胞的炎症激活以及髓系细胞对其他细胞的趋化性。
具体而言，熬夜后显示出独特的细胞间通讯，包括 T 细胞和 DC 之间的 IL18-IL18R1;NKs 和 T 细胞之间的 IL23A-IL23R;B 细胞和 T 细胞之间的 IL12B-IL23R 等。总之，这些发现揭示了熬夜诱导的特定相互作用，并突出了与自身免疫和炎症性疾病有关的信号通路。
综上所述，该团队首次利用 CyTOF 和 scRNA-seq 对熬夜前后的外周血单个核细胞(PBMCs)进行了单细胞维度的转录和蛋白层面的双重分析，获得了睡眠不良或熬夜后的人体循环免疫细胞图谱，并从细胞类型组成、亚群特异性基因表达、富集通路、转录调控网络和细胞间通讯等方面，系统全面地评估了睡眠不足对免疫系统的影响，阐明了熬夜会促进机体的炎症、细胞衰老和免疫功能障碍的影响。
总之，在本研究中，首次应用单细胞技术，提供了睡眠不良对免疫系统影响的全面概况，并扩展了人们对相关生理病理层面的知识。
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