炎癥性腸病開啟新的研究模式：從單細(xì)胞到空間原位分析

炎癥性腸病開啟新的研究模式：從單細(xì)胞到空間原位分析潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerativecolitis,UC)是一種慢性復(fù)發(fā)性炎癥性腸病，是最常見的自身免疫性疾病之一。由于UC患者出現(xiàn)的慢性炎癥，他們患結(jié)直腸癌的長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)比健康人要高1.5倍。近年來，UC新的治療方案不斷涌現(xiàn)，其中腫瘤壞死因子抑制劑(TNFi)是UC的一線靶向治療藥物，可提高持續(xù)緩解率并降低手術(shù)率。然而13%至40%的UC患者對(duì)TNFi治療無反應(yīng)，有報(bào)告表明在治療開始后12個(gè)月內(nèi)，高達(dá)46%的其他患者出現(xiàn)反應(yīng)喪失或不良反應(yīng)。目前識(shí)別對(duì)TNFi有反應(yīng)的患者仍然是一個(gè)未解決的臨床問題，并且缺乏預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物來確定在診斷時(shí)每個(gè)患者的最佳治療方法。有研究對(duì)患有回腸疾病的克羅恩病患者隊(duì)列進(jìn)行過scRNA-seq分析，能夠識(shí)別出與TNFi治療耐藥性相關(guān)的免疫細(xì)胞模塊，雖然具有顯著性但是關(guān)聯(lián)性較弱。這些免疫細(xì)胞模塊的存在表明這些細(xì)胞類型之間存在空間上的功能關(guān)系，但是這些空間關(guān)系信息scRNA-seq無法獲得。能夠以單細(xì)胞分辨率對(duì)組織內(nèi)免疫細(xì)胞狀態(tài)進(jìn)行空間映射的多重成像技術(shù)可以提高我們對(duì)細(xì)胞相互作用及腸道重塑如何影響UC發(fā)病機(jī)制和TNFi耐藥性的理解。來自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究者利用目前最先進(jìn)的空間組學(xué)技術(shù)之一PhenoCycler-Fusion（PCF）空間單細(xì)胞蛋白組學(xué)（原CODEX）技術(shù)創(chuàng)建了UC發(fā)病過程中腸道組織的空間圖譜[1]。研究者對(duì)來自29名UC患者和5名健康受試者總共42個(gè)腸道組織區(qū)域開展了52個(gè)蛋白靶標(biāo)的多重檢測(cè)，繪制了炎癥期間和TNFi治療患者組織空間上細(xì)胞比例、細(xì)胞互作和細(xì)胞鄰域的變化。這些空間表征能夠識(shí)別可能對(duì)TNFi治療做出反應(yīng)或保持不變的細(xì)胞生態(tài)位。并且研究者還觀察到患者隊(duì)列中這些細(xì)胞生態(tài)位相對(duì)豐度存在性別差異性。圖1一個(gè)代表性患者樣本的展示PCF空間單細(xì)胞蛋白組學(xué)分析了170多萬個(gè)單細(xì)胞，詮釋了13種細(xì)胞類型。研究發(fā)現(xiàn)了某些細(xì)胞類型比例的變化呈現(xiàn)疾病程度的依懶性，例如表皮細(xì)胞的比例隨著嚴(yán)重程度減少，而漿細(xì)胞和顆粒細(xì)胞逐漸增加。圖2細(xì)胞類型和比例變化細(xì)胞-細(xì)胞互作分析揭示了病人間的異質(zhì)性。在大部分UC患者中細(xì)胞-細(xì)胞互作存在于天然免疫細(xì)胞之間，小部分患者中是適應(yīng)性免疫細(xì)胞之間互作為主。例如UC14a患者的細(xì)胞-細(xì)胞互作分析顯示了T細(xì)胞主要與B細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞互作，而與先天免疫細(xì)胞類型（尤其是中性粒細(xì)胞）之間的接觸頻率較低。UC患者細(xì)胞互作之間的異質(zhì)性導(dǎo)致了組織空間結(jié)構(gòu)的差異以及不同的疾病狀態(tài)和治療反應(yīng)。圖3細(xì)胞-細(xì)胞互作分析細(xì)胞鄰域（CN）功能狀態(tài)是根據(jù)一種或多種表達(dá)某些功能標(biāo)記的特定細(xì)胞類型的局部富集來確定的，其分析提供了一種衡量特定CN的特征在疾病進(jìn)展和治療過程中如何影響細(xì)胞功能的方法。研究者感興趣的是TNFi治療如何影響TNFR2蛋白在各種細(xì)胞類型上的分布以及如何影響其功能狀態(tài)。研究構(gòu)建了10個(gè)所有患者共有的細(xì)胞鄰域，相比中性粒細(xì)胞富集程度最高的細(xì)胞鄰域CN-0和CN-4，CN-7（炎癥血管區(qū)域）中TNFR2+中性粒細(xì)胞頻率更高。類似地，PD-1+T細(xì)胞頻率差異很大，主要取決于T細(xì)胞是否存在于B細(xì)胞濾泡附近(CN-9)、淋巴細(xì)胞聚集區(qū)域(CN-2)或混合細(xì)胞區(qū)域中。這些表明了細(xì)胞鄰域在單個(gè)細(xì)胞的功能狀態(tài)中發(fā)揮著重要作用。圖4細(xì)胞鄰域分析最后研究者發(fā)現(xiàn)了TNFi治療進(jìn)程中關(guān)鍵的細(xì)胞空間關(guān)系的變化，包括天然免疫細(xì)胞類型以及以天然免疫細(xì)胞為主的細(xì)胞鄰域的持久存在，還有適應(yīng)性免疫細(xì)胞之間互作關(guān)系的改變等。研究也表明了性別對(duì)這些空間關(guān)系存在顯著的影響，與治療響應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞空間關(guān)系主要存在于女性患者中。圖5TNFi治療改變細(xì)胞-細(xì)胞互作頻率和細(xì)胞鄰域比例UC和其他自身免疫性疾病是全世界最常見的炎癥性疾病之一。TNFi等生物療法改善了患者的生活質(zhì)量并減少了這些慢性疾病的長(zhǎng)期并發(fā)癥。然而，由于與生物制劑相關(guān)的毒性、不良反應(yīng)、高失敗率和高治療成本，臨床醫(yī)生需要預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物來指導(dǎo)治療選擇。近來使用單細(xì)胞技術(shù)（例如scRNA-seq和CyTOF）的研究試圖識(shí)別此類生物標(biāo)志物以及患者與健康對(duì)照者粘膜內(nèi)免疫系統(tǒng)的差異,然而，這些技術(shù)無法測(cè)量組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞的空間相互作用。眾所周知，組織細(xì)胞空間關(guān)系可以為疾病進(jìn)展和治療反應(yīng)提供重要的見解。因此，使用PCF空間單細(xì)胞組織原位多重成像此類的技術(shù)分析UC患者的腸道結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)在多個(gè)水平（細(xì)胞類型比例、細(xì)胞-細(xì)胞互作水平、細(xì)胞鄰域）上提供以前未識(shí)別的生物學(xué)見解。PCF空間單細(xì)胞蛋白組學(xué)介紹PCF采用oligo偶聯(lián)抗體檢測(cè)技術(shù)結(jié)合自動(dòng)化高分辨熒光顯微鏡，可實(shí)現(xiàn)超多靶標(biāo)的空間定位及單細(xì)胞分辨率下的細(xì)胞表型分析。所有抗體先一次性與組織切片結(jié)合，再啟動(dòng)抗體和熒光探針的“雜交—成像—?jiǎng)冸x”三步循環(huán)，每次循環(huán)后通過熒光顯微鏡收集檢測(cè)抗體的熒光信號(hào)。PCF空間單細(xì)胞蛋白組學(xué)優(yōu)勢(shì)華盈生物PhenoCycler-Fusion單細(xì)胞原位空間蛋白組學(xué)技術(shù)資格證書華盈生物是美國(guó)AkoyaBioscience公司的PhenoCycler-Fusion空間單細(xì)胞蛋白組學(xué)技術(shù)認(rèn)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(xì)胞蛋白組學(xué)技術(shù)平臺(tái)的建立，華盈生物將為中國(guó)客戶提供更具精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)特色的服務(wù)與合作，推動(dòng)中國(guó)團(tuán)隊(duì)在空間生物學(xué)領(lǐng)域的研究水平，加快構(gòu)建符合中國(guó)人群的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式。即刻加入“STAMP郵戳”計(jì)劃華盈生物推出腫瘤微環(huán)境空間蛋白組解剖分析項(xiàng)目”STAMP郵戳”計(jì)劃(SpatialTumorAnatomyofMicroenvironmentProteome),常備15-plex、25-plex、35-plex三款組合性panel,與國(guó)內(nèi)腫瘤研究領(lǐng)域的科學(xué)家共同推進(jìn)腫瘤空間生物學(xué)研究。相關(guān)文獻(xiàn)MayerAT,HolmanDR,SoodA,TandonU,BhateSS,BodapatiSetal.Atissueatlasofulcerativecolitisrevealingevidenceofsex-dependentdifferencesindisease-drivinginflammatorycelltypesandresistancetoTNFinhibitortherapy.SciAdv.2023;9(3):eadd1166.相關(guān)閱讀CancerResearch|三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞亞型作為癌癥復(fù)發(fā)的預(yù)測(cè)標(biāo)志物血液腫瘤進(jìn)展｜免疫細(xì)胞空間關(guān)系是細(xì)胞治療應(yīng)答的關(guān)鍵決定因素CancerCell|PCF