Progressive pulmonary fibrosis (PPF), defined as the worsening of various interstitial lung diseases (ILDs), currently lacks useful biomarkers. To identify novel biomarkers for early detection of patients at risk of PPF, we performed a proteomic analysis of serum extracellular vesicles (EVs). Notably, the identified candidate biomarkers were enriched for lung-derived proteins participating in fibrosis-related pathways. Among them, pulmonary surfactant-associated protein B (SFTPB) in serum EVs could predict ILD progression better than the known biomarkers, serum KL-6 and SP-D, and it was identified as an independent prognostic factor from ILD-gender-age-physiology index. Subsequently, the utility of SFTPB for predicting ILD progression was evaluated further in 2 cohorts using serum EVs and serum, respectively, suggesting that SFTPB in serum EVs but not in serum was helpful. Among SFTPB forms, pro-SFTPB levels were increased in both serum EVs and lungs of patients with PPF compared with those of the control. Consistently, in a mouse model, the levels of pro-SFTPB, primarily originating from alveolar epithelial type 2 cells, were increased similarly in serum EVs and lungs, reflecting pro-fibrotic changes in the lungs, as supported by single-cell RNA sequencing. SFTPB, especially its pro-form, in serum EVs could serve as a biomarker for predicting ILD progression.

One of the two X chromosomes of females is silenced through X chromosome inactivation (XCI) to compensate for the difference in the dosage between sexes. Among the X-linked genes, several genes escape from XCI, which could contribute to the differential gene expression between the sexes. However, the differences in the escape across cell types and tissues are still poorly characterized because no methods could directly evaluate the escape under a physiological condition at the cell-cluster resolution with versatile technology. Here, we developed a method, single-cell Level inactivated X chromosome mapping (scLinaX), which directly quantifies relative gene expression from the inactivated X chromosome with droplet-based single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) data. The scLinaX and differentially expressed genes analyses with the scRNA-seq datasets of -1,000,000 blood cells consistently identified the relatively strong degree of escape in lymphocytes compared to myeloid cells. An extension of scLinaX for multi-modal datasets, scLinaX-multi, suggested a stronger degree of escape in lymphocytes than myeloid cells at the chromatin-accessibility level with a 10X multiome dataset. The scLinaX analysis with the human multiple-organ scRNA-seq datasets also identified the relatively strong degree of escape from XCI in lymphoid tissues and lymphocytes. Finally, effect size comparisons of genome-wide association studies between sexes identified the larger effect sizes of the PRKX gene locus-lymphocyte counts association in females than males. This could suggest evidence of the underlying impact of escape on the genotype-phenotype association in humans. Overall, scLinaX and the quantified catalog of escape identified the heterogeneity of escape across cell types and tissues and would contribute to expanding the current understanding of the XCI, escape, and sex differences in gene regulation.

Aberrant immune responses to viral pathogens contribute to pathogenesis, but our understanding of pathological immune responses caused by viruses within the human virome, especially at a population scale, remains limited. We analyzed whole-genome sequencing datasets of 6,321 Japanese individuals, including patients with autoimmune diseases (psoriasis vulgaris, rheumatoid arthritis (RA), systemic lupus erythematosus (SLE), pulmonary alveolar proteinosis (PAP) or multiple sclerosis) and coronavirus disease 2019 (COVID-19), or healthy controls. We systematically quantified two constituents of the blood DNA virome, endogenous HHV-6 (eHHV-6) and anellovirus. Participants with eHHV-6B had higher risks of SLE and PAP; the former was validated in All of Us. eHHV-6B-positivity and high SLE disease activity index scores had strong correlations. Genome-wide association study and long-read sequencing mapped the integration of the HHV-6B genome to a locus on chromosome 22q. Epitope mapping and single-cell RNA sequencing revealed distinctive immune induction by eHHV-6B in patients with SLE. In addition, high anellovirus load correlated strongly with SLE, RA and COVID-19 status. Our analyses unveil relationships between the human virome and autoimmune and infectious diseases. Analysis of the blood DNA virome in patients with COVID-19 and autoimmune disease associates endogenous HHV-6 (eHHV-6) and high anellovirus load with increased disease risk, most notably for systemic lupus erythematosus. eHHV-6 carriers show a distinct immune response.