在這項(xiàng)研究是基于對(duì)32個(gè)經(jīng)過(guò)髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的中老年患者血樣進(jìn)行深入分析后得出的結(jié)論，該成果發(fā)表在今年9月24日發(fā)表的Science Translational Medicine.雜志上。這可能是迄今為止最全面的對(duì)于創(chuàng)傷后免疫系統(tǒng)反應(yīng)特征的研究。

斯坦福大學(xué)的研究者能有這一發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樗麄兪褂昧艘粋�(gè)高度靈敏的技術(shù)——“單細(xì)胞質(zhì)譜流式技術(shù)”。這是一種在Garry Nolan（斯坦福大學(xué)的微生物學(xué)和免疫學(xué)教授）的實(shí)驗(yàn)室中發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它利用金屬元素做為抗體的標(biāo)簽，質(zhì)譜裝置做為檢測(cè)手段，可以同時(shí)檢測(cè)免疫細(xì)胞表面以及內(nèi)部的幾十個(gè)生化特征，不但可以告訴我們這些細(xì)胞屬于什么種類，還可以告訴我們他們的活性如何。

圖二、利用金屬元素作為抗體的標(biāo)簽，CyTOF2質(zhì)譜流式細(xì)胞儀可以對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行幾十個(gè)通道的檢測(cè)

第一個(gè)24小時(shí)的重要線索

“我們了解到，在手術(shù)后的第一個(gè)24小時(shí)，你會(huì)在血液中發(fā)現(xiàn)一些重要線索，這些線索為我們揭示了決定一個(gè)病人術(shù)后兩周時(shí)狀態(tài)的因素�！盡artin Angst說(shuō)，他是麻醉學(xué)教授、疼痛和手術(shù)期用藥方面的專家，同時(shí)也是這項(xiàng)研究的共同通訊作者。

圖三、 Martin Angst教授

這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新型的個(gè)性化診斷方法——只需在術(shù)后檢查病人少量血液樣本，就可以預(yù)測(cè)他的恢復(fù)時(shí)間（斯坦福擁有相關(guān)方面的臨時(shí)專利）。這種診斷可以幫助醫(yī)生及早決定應(yīng)該對(duì)哪位病人采用更優(yōu)化的恢復(fù)方案，幫助病人告訴自己的親人和老板大概的出院時(shí)間。充分理解研究中所發(fā)現(xiàn)的分子機(jī)制，可能會(huì)指導(dǎo)臨床醫(yī)生操縱免疫系統(tǒng)，從而讓病人更快的恢復(fù)。

“雖然每年超過(guò)2億例的外科手術(shù)中絕大多數(shù)是小手術(shù)，”Angst說(shuō)“但是，僅在美國(guó)，就有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的像髖關(guān)節(jié)置換術(shù)這樣的大創(chuàng)傷手術(shù)，這些手術(shù)會(huì)引發(fā)患者顯著的炎癥反應(yīng)。

愈合與阻礙

“炎癥最初的爆發(fā)階段對(duì)愈合過(guò)程非常關(guān)鍵，”Angst表示，“你需要釋放這條‘猛龍’，但是你需要能夠駕馭它。太多的炎癥會(huì)導(dǎo)致恢復(fù)的延遲�！泵庖呦到y(tǒng)的組件必須不斷動(dòng)態(tài)的調(diào)整自己的功能，以便加速而不是阻礙傷口的愈合。

幾年前，Angst參加了Nolan的一個(gè)講座，講座中介紹了質(zhì)譜流式技術(shù)。它可以在單細(xì)胞上實(shí)現(xiàn)超過(guò)50種不同的表面和內(nèi)部蛋白的同時(shí)測(cè)量，而標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞分選流式通常最多能進(jìn)行12-15個(gè)參數(shù)的測(cè)量。這個(gè)講座促成了Angst和Nolan之間的合作，博后Brice Gaudilliere成為了他們合作的橋梁，他和Nolan的研究生Gabriela Fragiadakis一起成為本項(xiàng)研究的共同第一作者。

圖四、 Garry Nolan教授

“質(zhì)譜流式一次可以檢測(cè)如此多的參數(shù)，這項(xiàng)特殊能力為研究人員提供了一個(gè)通向‘細(xì)胞靈魂’的窗口，”Nolan說(shuō)，“我們不僅能識(shí)別免疫細(xì)胞的身份，還可以觀察它的精神狀態(tài)�！盢olan本人擁有Fluidigm公司的股權(quán)，這家公司生產(chǎn)了本研究中所用的質(zhì)譜流式儀和相關(guān)試劑。

該研究招募了32個(gè)沒(méi)有其他疾病的患者，年齡大多是在50歲到80歲之間。他們都在斯坦福大學(xué)整形外科接受了初次全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。研究組采集了他們的術(shù)前1小時(shí)、術(shù)后1小時(shí)、24小時(shí)、72小時(shí)以及術(shù)后4～6周的血液樣本。這些樣品在采集后被迅速送到Nolan的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行質(zhì)譜流式分析。在每個(gè)樣本中大概分析了有近50萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，這些細(xì)胞內(nèi)外的35個(gè)蛋白的表達(dá)量都被精確檢測(cè)。這些數(shù)據(jù)不但揭示了每個(gè)細(xì)胞的身份，還記錄了隱藏在各個(gè)細(xì)胞內(nèi)部的關(guān)鍵活動(dòng)。

圖五、質(zhì)譜流式技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫細(xì)胞的精細(xì)分群

在術(shù)后的六周內(nèi)，患者每三天填寫一次問(wèn)卷調(diào)查，說(shuō)明自己疼痛和疲勞的程度以及他們新髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況。

瞄準(zhǔn)關(guān)鍵指標(biāo)

斯坦福研究小組觀察到手術(shù)后有一個(gè)“被精確協(xié)調(diào)的、細(xì)胞類型和時(shí)間特異的免疫反應(yīng)模式”(Angst語(yǔ))。該模式包括多種免疫細(xì)胞一連串協(xié)同的上升和下降過(guò)程，同時(shí)伴隨著每種細(xì)胞內(nèi)部的各種變化。

“令人驚訝的是，這種手術(shù)后的表型出現(xiàn)在每一例病人中，” Angst說(shuō)，“只是各類型細(xì)胞的數(shù)量和活性變化倍數(shù)各有不同�！�

有一個(gè)因素比較特別，手術(shù)后24小時(shí)與術(shù)后1小時(shí)之間，幾個(gè)關(guān)鍵作用蛋白在一小群 “首先反應(yīng)”的免疫細(xì)胞中的激活狀態(tài)變化非常關(guān)鍵。這一因素關(guān)系到病人恢復(fù)過(guò)程中40%～60%的差異。這些“前線細(xì)胞”在手術(shù)后不久會(huì)顯著增多，但和細(xì)胞內(nèi)活動(dòng)變化不同，其數(shù)量的增加與病人恢復(fù)時(shí)間的相關(guān)度并不強(qiáng)。

圖六、幾個(gè)關(guān)鍵蛋白的激活狀態(tài)和術(shù)后恢復(fù)呈現(xiàn)很強(qiáng)的相關(guān)性。

在一個(gè)典型健康人血樣中，這群細(xì)胞大約只占其白細(xì)胞總數(shù)的1～2 %，所以，使用低通量的檢測(cè)技術(shù)時(shí)，它們內(nèi)部的變化很容易被忽略掉。

這項(xiàng)研究中觀察到的相關(guān)性遠(yuǎn)強(qiáng)于以往所有關(guān)于炎癥反應(yīng)和臨床康復(fù)關(guān)系方面的報(bào)道。這些研究一般只是監(jiān)測(cè)了手術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)血液中各種分泌物的水平的變化或者不同細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)情況。但是，這些研究缺乏同時(shí)觀察眾多參數(shù)的能力，因此無(wú)法知道在特定時(shí)間點(diǎn)是哪些免疫細(xì)胞正在向血液中分泌這些物質(zhì)，或者此時(shí)其他類型的細(xì)胞都在干什么。

預(yù)測(cè)恢復(fù)的可能途徑

“如果一個(gè)相關(guān)性只能解釋恢復(fù)過(guò)程中百分之二甚至百分之十的差異，在臨床上是可能不完全的相關(guān)，”Angst說(shuō)，“而我們確鑿的相關(guān)性則可能產(chǎn)生一個(gè)預(yù)測(cè)術(shù)后恢復(fù)的方法，這在臨床中是非常有用的。”

圖七、利用血液檢查預(yù)測(cè)術(shù)后恢復(fù)的方法有望用于臨床

雖然尚未證實(shí)，研究人員相信，這群活動(dòng)模式與病人恢復(fù)過(guò)程最為相關(guān)的細(xì)胞群，是一個(gè)被稱為“髓系抑制性細(xì)胞”的亞群，其他的研究顯示它們對(duì)炎癥具有抑制作用。這些細(xì)胞在癌癥中起到負(fù)面作用，它們過(guò)度的活動(dòng)似乎會(huì)抑制身體的免疫系統(tǒng)攻擊腫瘤。但在手術(shù)后的背景下，他們的活動(dòng)可能就是醫(yī)生所希望的。