Nature：空間單細胞蛋白組構(gòu)建腸道組織結(jié)構(gòu)圖譜

Nature：空間單細胞蛋白組構(gòu)建腸道組織結(jié)構(gòu)圖譜柳蔭腸道作為人體內(nèi)重要且復(fù)雜的器官，它承擔著人體消化、攝取營養(yǎng)物質(zhì)、參與免疫監(jiān)視的功能。但因其長度超過9米，不同部位的結(jié)構(gòu)和功能存在著顯著的差異。為了更好的理解這些差異，對腸道多個部位的組織結(jié)構(gòu)進行深入的研究是必不可少的。來自斯坦福大學的研究團隊在《nature》（IF=64.9）發(fā)表的一項題為“Organizationofthehumanintestineatsingle-cellresolution”的研究，使用PhenoCycler-Fusion空間單細胞蛋白組學(原名CODEX）評估了8個不同腸道部位的細胞分布，描述了腸道的復(fù)雜的細胞組成和細胞定位，為人類生物分子圖譜計劃貢獻了一份力量，也為腸道疾病的研究奠定了基礎(chǔ)。實驗設(shè)計本研究分析了9位健康捐獻者腸道組織的8個部位，包含：十二指腸、空腸近端、空腸中端、回腸、大腸升、橫、降、乙狀結(jié)腸（圖1A）。為了繪制8個區(qū)域的腸道單細胞空間圖譜，研究人員檢測了腸道組織中44個關(guān)鍵蛋白的原位表達，其中包括免疫、功能、基質(zhì)相關(guān)靶標（圖1B）。圖1：針對腸道組織的PhenoCycler-Fusion檢測方案一、腸道不同區(qū)域細胞組成顯示出高度異質(zhì)性通過分析PhenoCycler-Fusion成像結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)從小腸到結(jié)腸，基質(zhì)區(qū)域的內(nèi)皮細胞逐漸減少，平滑肌細胞逐漸增加；而免疫浸潤區(qū)域的CD8+T細胞在結(jié)腸減少，DC細胞增加；在上皮區(qū)域，與小腸相比，結(jié)腸中的腸細胞減少，而分泌性腸細胞和CD66+腸細胞增加，潘氏細胞消失（圖2A-C）。作者同時結(jié)合臨床數(shù)據(jù)，討論了細胞類型與身體質(zhì)量指數(shù)（BMI,BodyMassIndex)的關(guān)聯(lián)，作者發(fā)現(xiàn)了BMI指數(shù)與M1型巨噬細胞具有強烈的相關(guān)性，同時M1型巨噬細胞在高BMI的個體中含量更高（圖2D）。M1型巨噬細胞具有促炎作用，與慢性炎癥疾病、自身免疫病有關(guān)，這也提示我們肥胖也會增加患腸道疾病的風險。圖2：PhenoCycler-Fusion揭示腸道細胞的高度異質(zhì)性二、腸道不同部位顯示出細胞結(jié)構(gòu)的差異為了研究細胞間的相互作用和腸道部位多細胞結(jié)構(gòu)的全局視圖。研究人員采用細胞鄰域分析，揭示了18個重要的多細胞結(jié)構(gòu)，主要是基于上皮、基質(zhì)和免疫的細胞鄰域。在此研究人員發(fā)現(xiàn)了多個細胞鄰域在小腸和結(jié)腸部位存在顯著差異。神經(jīng)內(nèi)分泌富集鄰域主要包含上皮細胞和免疫細胞類型的混合物，其在結(jié)腸區(qū)域存在而小腸區(qū)域卻幾乎沒有。中性粒細胞富集鄰域的特征是與血管系統(tǒng)和先天免疫細胞相關(guān)的高密度中性粒細胞，通常在基質(zhì)和平滑肌區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)，雖然中性粒細胞富集鄰域在整個腸道中被發(fā)現(xiàn)，但也僅在結(jié)腸中富集（圖3A-B）。通過以上結(jié)果我們可以得知在腸道組織中，細胞組成和細胞結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性是非常顯著的，這些腸道細胞的異質(zhì)性可能會加大腸道研究的難度。圖3：PhenoCycler-Fusion分析腸道不同部位細胞鄰域三、腸道組織的分級細胞結(jié)構(gòu)顯示出細胞間的相互作用研究人員為了進一步研究細胞間的相互作用。研究人員繪制了細胞類型（Celltype）、細胞鄰域（Neighborhood）、鄰域群落（Community）和組織單元（Tissueunit）的圖譜（圖4A）。通過多種層次的空間結(jié)構(gòu)，研究人員構(gòu)建了一個層級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖，這種直觀的圖像方法可以幫助我們理解腸道的空間分層，以及細胞的富集情況。如“潘氏細胞富集”鄰域在“適應(yīng)性免疫富集鄰域群落”中富集（圖4B-C）。層級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖證實了小腸和結(jié)腸之間多細胞結(jié)構(gòu)的組成差異，同時也表現(xiàn)出了不同腸道區(qū)域之間多種細胞的相互作用及多種細胞的分布情況，為我們針對腸道疾病的治療奠定了基礎(chǔ)。圖4：PhenoCycler-Fusion構(gòu)建層級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖四、多組學聯(lián)用揭示細胞鄰域特定表達模式PhenoCycler-Fusion原位空間單細胞蛋白組分析可以幫助我們理解每個細胞鄰域中富集的互作細胞。研究人員使用這種方法計算了在濾泡鄰域群落中的細胞—細胞共定位，一共識別了57對共定位的細胞，這些共定位的細胞都存在著大量的潛在配受體結(jié)合作用。為了更加全面地描述這些鄰域內(nèi)潛在的細胞相互作用，作者整合了PhenoCycler-Fusion和snRNA-seq的數(shù)據(jù)后，兩者顯示出了一致的RNA/蛋白表達模式。通過分析這個整合結(jié)果，研究人員獲得了不同細胞鄰域中細胞的特定表達模式，并發(fā)現(xiàn)了具有配對信息的差異表達基因（圖5A-B）。圖5：多組學分析腸道組織小結(jié)人體器官是由復(fù)雜的細胞類型組成，在單個器官中不同區(qū)域的細胞結(jié)構(gòu)、細胞組成也有著巨大的差異。這些組織內(nèi)部的異質(zhì)性導致疾病研究變得十分困難，因此對組織內(nèi)部的細胞空間結(jié)構(gòu)進行深入剖析是疾病研究中重要的一步。PhenoCycler-Fusion作為空間單細胞蛋白組的代表性研究工具，可以對組織切片進行完整的單細胞分辨率成像，幫助我們分析組織中復(fù)雜的細胞結(jié)構(gòu)，為疾病研究提供重要的參考。PhenoCycler-Fusion單細胞原位空間蛋白組學優(yōu)勢華盈生物PhenoCycler-Fusion單細胞原位空間蛋白組學技術(shù)資格證書華盈生物是美國AkoyaBioscience公司的PhenoCycler-Fusion空間單細胞蛋白組學技術(shù)認證服務(wù)商，已經(jīng)被納入了該技術(shù)的全球CRO服務(wù)提供者體系。借助全球領(lǐng)先的PhenoCycler-Fusion空間單細胞蛋白組學技術(shù)平臺的建立，華盈生物將為中國客戶提供更具精準醫(yī)學特色的服務(wù)與合作，推動中國團隊在空間生物學領(lǐng)域的研究水平，加快構(gòu)建符合中國人群的精準醫(yī)學模式。即刻加入“STAMP郵戳”計劃華盈生物推出腫瘤微環(huán)境空間蛋白組解剖分析項目”STAMP郵戳”計劃(SpatialTumorAnatomyofMicroenvironmentProteome),常備15-plex、25-plex、35-plex三款固定標志物組合,與國內(nèi)腫瘤研究領(lǐng)域的科學家共同推進腫瘤空間生物學研究。華盈生物PCF空間單細胞蛋白組學解決方案多年來華盈生物服務(wù)客戶已經(jīng)覆蓋國內(nèi)各大著名的高校院所和多位院士課題組。華盈的專業(yè)和專注也已獲得業(yè)界普遍認可，合作者的科研成果也先后在CellResearch、CancerCell、PNAS、JClinInvest、NatCommun、JHepatol、SciTranslMed、Circulation等著名期刊上發(fā)表。相關(guān)文獻：HickeyJW,BeckerWR,NevinsSA,etal.Organizationofthehumanintestineatsingle-cellr