Cellular diversity of the lung endothelium has not been systematically characterized in humans. We provide a reference atlas of human lung endothelial cells (ECs) to facilitate a better understanding of the phenotypic diversity and composition of cells comprising the lung endothelium.We reprocessed human control single-cell RNA sequencing (scRNAseq) data from 6 datasets. EC populations were characterized through iterative clustering with subsequent differential expression analysis. Marker genes were validated by fluorescent microscopy and in situ hybridization. scRNAseq of primary lung ECs cultured in vitro was performed. The signaling network between different lung cell types was studied. For cross-species analysis or disease relevance, we applied the same methods to scRNAseq data obtained from mouse lungs or from human lungs with pulmonary hypertension.Six lung scRNAseq datasets were reanalyzed and annotated to identify >15 000 vascular EC cells from 73 individuals. Differential expression analysis of EC revealed signatures corresponding to endothelial lineage, including panendothelial, panvascular, and subpopulation-specific marker gene sets. Beyond the broad cellular categories of lymphatic, capillary, arterial, and venous ECs, we found previously indistinguishable subpopulations; among venous EC, we identified 2 previously indistinguishable populations: pulmonary-venous ECs (COL15A1neg) localized to the lung parenchyma and systemic-venous ECs (COL15A1pos) localized to the airways and the visceral pleura; among capillary ECs, we confirmed their subclassification into recently discovered aerocytes characterized by EDNRB, SOSTDC1, and TBX2 and general capillary EC. We confirmed that all 6 endothelial cell types, including the systemic-venous ECs and aerocytes, are present in mice and identified endothelial marker genes conserved in humans and mice. Ligand-receptor connectome analysis revealed important homeostatic crosstalk of EC with other lung resident cell types. scRNAseq of commercially available primary lung ECs demonstrated a loss of their native lung phenotype in culture. scRNAseq revealed that endothelial diversity is maintained in pulmonary hypertension. Our article is accompanied by an online data mining tool (www.LungEndothelialCellAtlas.com).Our integrated analysis provides a comprehensive and well-crafted reference atlas of ECs in the normal lung and confirms and describes in detail previously unrecognized endothelial populations across a large number of humans and mice.

In this study, 1,833 systemic sclerosis (SSc) cases and 3,466 controls were genotyped with the Immunochip array. Classical alleles, amino acid residues, and SNPs across the human leukocyte antigen (HLA) region were imputed and tested. These analyses resulted in a model composed of six polymorphic amino acid positions and seven SNPs that explained the observed significant associations in the region. In addition, a replication step comprising 4,017 SSc cases and 5,935 controls was carried out for several selected non-HLA variants, reaching a total of 5,850 cases and 9,401 controls of European ancestry. Following this strategy, we identified and validated three SSc risk loci, including DNASE1L3 at 3p14, the SCHIP1-IL12A locus at 3q25, and ATG5 at 6q21, as well as a suggested association of the TREH-DDX6 locus at 11q23. The associations of several previously reported SSc risk loci were validated and further refined, and the observed peak of association in PXK was related to DNASE1L3. Our study has increased the number of known genetic associations with SSc, provided further insight into the pleiotropic effects of shared autoimmune risk factors, and highlighted the power of dense mapping for detecting previously overlooked susceptibility loci. In this study, 1,833 systemic sclerosis (SSc) cases and 3,466 controls were genotyped with the Immunochip array. Classical alleles, amino acid residues, and SNPs across the human leukocyte antigen (HLA) region were imputed and tested. These analyses resulted in a model composed of six polymorphic amino acid positions and seven SNPs that explained the observed significant associations in the region. In addition, a replication step comprising 4,017 SSc cases and 5,935 controls was carried out for several selected non-HLA variants, reaching a total of 5,850 cases and 9,401 controls of European ancestry. Following this strategy, we identified and validated three SSc risk loci, including DNASE1L3 at 3p14, the SCHIP1-IL12A locus at 3q25, and ATG5 at 6q21, as well as a suggested association of the TREH-DDX6 locus at 11q23. The associations of several previously reported SSc risk loci were validated and further refined, and the observed peak of association in PXK was related to DNASE1L3. Our study has increased the number of known genetic associations with SSc, provided further insight into the pleiotropic effects of shared autoimmune risk factors, and highlighted the power of dense mapping for detecting previously overlooked susceptibility loci.

Objective T cells play a key role in the pathogenesis of early systemic sclerosis. This study was undertaken to assess the safety and efficacy of abatacept in patients with diffuse cutaneous systemic sclerosis (dc SS c). Methods In this 12‐month, randomized, double‐blind, placebo‐controlled trial, participants were randomized 1:1 to receive either subcutaneous abatacept 125 mg or matching placebo, stratified by duration of dc SS c. Escape therapy was allowed at 6 months for worsening disease. The coprimary end points were change in the modified Rodnan skin thickness score ( MRSS ) compared to baseline and safety over 12 months. Differences in longitudinal outcomes were assessed according to treatment using linear mixed models, with outcomes censored after initiation of escape therapy. Skin tissue obtained from participants at baseline was classified into intrinsic gene expression subsets. Results Among 88 participants, the adjusted mean change in the MRSS at 12 months was −6.24 units for those receiving abatacept and −4.49 units for those receiving placebo, with an adjusted mean treatment difference of −1.75 units ( P = 0.28). Outcomes for 2 secondary measures (Health Assessment Questionnaire disability index and a composite measure) were clinically and statistically significantly better with abatacept. The proportion of subjects in whom escape therapy was needed was higher in the placebo group relative to the abatacept group (36% versus 16%). In the inflammatory and normal‐like skin gene expression subsets, decline in the MRSS over 12 months was clinically and significantly greater in the abatacept group versus the placebo group ( P < 0.001 and P = 0.03, respectively). In the abatacept group, adverse events occurred in 35 participants versus 40 participants in the placebo group, including 2 deaths and 1 death, respectively. Conclusion In this phase II trial, abatacept was well‐tolerated, but change in the MRSS was not statistically significant. Secondary outcome measures, including gene expression subsets, showed evidence in support of abatacept. These data should be confirmed in a phase III trial.

Abstract Single-cell technologies have transformed our understanding of human tissues. Yet, studies typically capture only a limited number of donors and disagree on cell type definitions. Integrating many single-cell datasets can address these limitations of individual studies and capture the variability present in the population. Here we present the integrated Human Lung Cell Atlas (HLCA), combining 49 datasets of the human respiratory system into a single atlas spanning over 2.4 million cells from 486 individuals. The HLCA presents a consensus cell type re-annotation with matching marker genes, including annotations of rare and previously undescribed cell types. Leveraging the number and diversity of individuals in the HLCA, we identify gene modules that are associated with demographic covariates such as age, sex and body mass index, as well as gene modules changing expression along the proximal-to-distal axis of the bronchial tree. Mapping new data to the HLCA enables rapid data annotation and interpretation. Using the HLCA as a reference for the study of disease, we identify shared cell states across multiple lung diseases, including SPP1 + profibrotic monocyte-derived macrophages in COVID-19, pulmonary fibrosis and lung carcinoma. Overall, the HLCA serves as an example for the development and use of large-scale, cross-dataset organ atlases within the Human Cell Atlas.

Systemic sclerosis (SSc) is an autoimmune fibrotic disease whose pathogenesis is poorly understood and lacks effective therapies. We undertook quantitative analyses of T cell infiltrates in the skin of 35 untreated patients with early diffuse SSc and here show that CD4+ cytotoxic T cells and CD8+ T cells contribute prominently to these infiltrates. We also observed an accumulation of apoptotic cells in SSc tissues, suggesting that recurring cell death may contribute to tissue damage and remodeling in this fibrotic disease. HLA-DR-expressing endothelial cells were frequent targets of apoptosis in SSc, consistent with the prominent vasculopathy seen in patients with this disease. A circulating effector population of cytotoxic CD4+ T cells, which exhibited signatures of enhanced metabolic activity, was clonally expanded in patients with systemic sclerosis. These data suggest that cytotoxic T cells may induce the apoptotic death of endothelial and other cells in systemic sclerosis. Cell loss driven by immune cells may be followed by overly exuberant tissue repair processes that lead to fibrosis and tissue dysfunction.

Impaired chronic viral and tumor clearance has been attributed to CD8+ T cell exhaustion, a differentiation state in which T cells have reduced and altered effector function that can be partially reversed upon blockade of inhibitory receptors. The role of the exhaustion program and transcriptional networks that control CD8+ T cell function and fate in autoimmunity is not clear. Here we show that intra-islet CD8+ T cells phenotypically, transcriptionally, epigenetically and metabolically possess features of canonically exhausted T cells, yet maintain important differences. This 'restrained' phenotype can be perturbed and disease accelerated by CD8+ T cell-restricted deletion of the inhibitory receptor lymphocyte activating gene 3 (LAG3). Mechanistically, LAG3-deficient CD8+ T cells have enhanced effector-like functions, trafficking to the islets, and have a diminished exhausted phenotype, highlighting a physiological role for an exhaustion program in limiting autoimmunity and implicating LAG3 as a target for autoimmune therapy.

In this study, we sought a comprehensive understanding of myeloid cell types driving fibrosis in diffuse cutaneous systemic sclerosis (dcSSc) skin.We analyzed the transcriptomes of 2,465 myeloid cells from skin biopsy specimens from 12 dcSSc patients and 10 healthy control subjects using single-cell RNA sequencing. Monocyte-derived dendritic cells (mo-DCs) were assessed using immunohistochemical staining and immunofluorescence analyses targeting ficolin-1 (FCN-1).A t-distributed stochastic neighbor embedding analysis of single-cell transcriptome data revealed 12 myeloid cell clusters, 9 of which paralleled previously described healthy control macrophage/DC clusters, and 3 of which were dcSSc-specific myeloid cell clusters. One SSc-associated macrophage cluster, highly expressing Fcγ receptor IIIA, was suggested on pseudotime analysis to be derived from normal CCR1+ and MARCO+ macrophages. A second SSc-associated myeloid population highly expressed monocyte markers FCN-1, epiregulin, S100A8, and S100A9, but was closely related to type 2 conventional DCs on pseudotime analysis and identified as mo-DCs. Mo-DCs were associated with more severe skin disease. Proliferating macrophages and plasmacytoid DCs were detected almost exclusively in dcSSc skin, the latter clustering with B cells and apparently derived from lymphoid progenitors.Transcriptional signatures in these and other myeloid populations indicate innate immune system activation, possibly through Toll-like receptors and highly up-regulated chemokines. However, the appearance and activation of myeloid cells varies between patients, indicating potential differences in the underlying pathogenesis and/or temporal disease activity in dcSSc.

Objectives Although T cells have been implicated in the pathogenesis of systemic sclerosis (SSc), a comprehensive study of T-cell-mediated immune responses in the affected skin of patients with progressive SSc is lacking. Droplet-based single-cell transcriptome analysis of SSc skin biopsies opens avenues for dissecting patient-specific T-cell heterogeneity, providing a basis for identifying novel gene expression related to functional pathways associated with severity of SSc skin disease. Methods Single-cell RNA sequencing was performed by droplet-based sequencing (10x Genomics), focusing on 3729 CD3 + lymphocytes (867 cells from normal and 2862 cells from SSc skin samples) from skin biopsies of 27 patients with active SSc and 10 healthy donors. Confocal immunofluorescence microscopy of progressive SSc skin samples validated transcriptional results and visualised spatial localisations of T-cell subsets. Results We identified several subsets of recirculating and tissue-resident T cells in healthy and SSc skin that were associated with distinct signalling pathways. While most clusters shared a common gene expression signature between patients and controls, we identified a unique cluster of recirculating CXCL13 + T cells in SSc skin which expressed a T helper follicular-like gene expression signature and that appears to be poised to promote B-cell responses within the inflamed skin of patients. Conclusions Current available therapies to reverse or even slow progression of SSc lead to broad killing of immune cells and consequent toxicities, including death. Identifying the precise immune mechanism(s) driving SSc pathogenesis could lead to innovative therapies that selectively target the aberrant immune response, resulting in better efficacy and less toxicity.

BACKGROUND. Systemic sclerosis (SSc) is an autoimmune, connective tissue disease characterized by vasculopathy and fibrosis of the skin and internal organs.

Gene-level analysis of ImmunoChip or genome-wide association studies (GWAS) data has not been previously reported for systemic sclerosis (SSc, scleroderma). The objective of this study was to analyze genetic susceptibility loci in SSc at the gene level and to determine if the detected associations were shared in African-American and White populations, using data from ImmunoChip and GWAS genotyping studies. The White sample included 1833 cases and 3466 controls (956 cases and 2741 controls from the US and 877 cases and 725 controls from Spain) and the African American sample, 291 cases and 260 controls. In both Whites and African Americans, we performed a gene-level analysis that integrates association statistics in a gene possibly harboring multiple SNPs with weak effect on disease risk, using Versatile Gene-based Association Study (VEGAS) software. The SNP-level analysis was performed using PLINK v.1.07. We identified 4 novel candidate genes (STAT1, FCGR2C, NIPSNAP3B, and SCT) significantly associated and 4 genes (SERBP1, PINX1, TMEM175 and EXOC2) suggestively associated with SSc in the gene level analysis in White patients. As an exploratory analysis we compared the results on Whites with those from African Americans. Of previously established susceptibility genes identified in Whites, only TNFAIP3 was significant at the nominal level (p = 6.13x10-3) in African Americans in the gene-level analysis of the ImmunoChip data. Among the top suggestive novel genes identified in Whites based on the ImmunoChip data, FCGR2C and PINX1 were only nominally significant in African Americans (p = 0.016 and p = 0.028, respectively), while among the top novel genes identified in the gene-level analysis in African Americans, UNC5C (p = 5.57x10-4) and CLEC16A (p = 0.0463) were also nominally significant in Whites. We also present the gene-level analysis of SSc clinical and autoantibody phenotypes among Whites. Our findings need to be validated by independent studies, particularly due to the limited sample size of African Americans.