中文題目：兒童期紅斑狼瘡腎炎存在腎臟基質(zhì)與浸潤(rùn)免疫細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用
期刊：Science Translational Medicine
IF：16

研究背景

兒童期發(fā)病的系統(tǒng)性紅斑狼瘡（cSLE）患者相比成人更容易發(fā)展為狼瘡性腎炎（cLN），且由于病程較長(zhǎng)，累積腎臟損傷的風(fēng)險(xiǎn)更高。為了更深入地理解cLN的病理特征并開發(fā)精準(zhǔn)的治療策略，研究人員可使用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)全面描述正常與病變組織中的細(xì)胞類型及狀態(tài)。然而，scRNA-seq在分析過程中需要對(duì)組織進(jìn)行解離，導(dǎo)致空間信息丟失，同時(shí)未能充分捕獲罕見但功能重要的細(xì)胞類型，并且腎臟組織解離時(shí)會(huì)引入人為誘導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)。因此，本文通過CosMx SMI空間分子成像技術(shù)，生成了單細(xì)胞分辨率的空間圖譜，以研究腎臟固有細(xì)胞和免疫浸潤(rùn)細(xì)胞在cLN病理過程中的相互作用。該研究展示了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在揭示cLN復(fù)雜病理中的優(yōu)勢(shì)，為未來精準(zhǔn)診斷和個(gè)性化治療提供了新視角。

空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)

平臺(tái)：NanoString CosMx SMI空間分子成像
樣本：8名cLN患者和4名對(duì)照樣本的FFPE腎臟組織
Panel：Human 960 genes

樣本信息
 

 技術(shù)路線
 

 
文章主要結(jié)果 

1. 單細(xì)胞分辨率的cLN空間圖譜及免疫細(xì)胞的空間分布特征

通過分析CosMx數(shù)據(jù)集，將腎臟中的細(xì)胞準(zhǔn)確分為腎小球、腎小管和免疫細(xì)胞等主要類型。通過對(duì)比PAS染色組織切片和免疫組化標(biāo)記與空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組注釋的解剖區(qū)域與實(shí)際組織形態(tài)高度匹配，驗(yàn)證了空間圖譜的準(zhǔn)確性。研究發(fā)現(xiàn)，cLN患者腎臟組織內(nèi)免疫細(xì)胞比例顯著增加，尤其是B細(xì)胞、漿細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞等適應(yīng)性免疫細(xì)胞。巨噬細(xì)胞作為最主要的免疫細(xì)胞，在腎小球內(nèi)浸潤(rùn)的比例顯著升高，顯示出多種促炎性功能。同時(shí)，B細(xì)胞和漿細(xì)胞傾向于聚集在腎小管間質(zhì)的免疫熱點(diǎn)區(qū)域，并與巨噬細(xì)胞等其他免疫細(xì)胞共同構(gòu)成局部免疫微環(huán)境。CD4+和CD8+T細(xì)胞分布主要集中于腎小管間質(zhì)區(qū)域。此外，分析不同患者樣本顯示，盡管總體趨勢(shì)一致，但不同患者的免疫細(xì)胞分布模式表現(xiàn)出顯著異質(zhì)性，反映了cLN的個(gè)體化病理特征。

cLN空間圖譜及免疫細(xì)胞的空間分布

 
2. 巨噬細(xì)胞在腎臟不同空間區(qū)域內(nèi)的基因表達(dá)差異及其功能特性

研究顯示，腎小球內(nèi)的巨噬細(xì)胞上調(diào)了與抗原攝取、脂質(zhì)代謝、促炎性反應(yīng)以及組織重塑相關(guān)的基因，表明其具有顯著的促炎表型。相較于組織駐留型巨噬細(xì)胞，腎小球巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)模式表明其可能來源于循環(huán)單核細(xì)胞并在腎小球內(nèi)發(fā)生功能分化。此外，通過“腎小球基因評(píng)分”分析，發(fā)現(xiàn)腎小球內(nèi)巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)特征與腎小管間質(zhì)巨噬細(xì)胞顯著不同。分析成人LN數(shù)據(jù)集發(fā)現(xiàn)炎癥性和吞噬性巨噬細(xì)胞在腎小球內(nèi)同樣具有高“腎小球基因評(píng)分”，表明該表型可能在跨年齡組普遍存在。蛋白水平的驗(yàn)證進(jìn)一步支持了腎小球內(nèi)巨噬細(xì)胞的功能特性，與基因表達(dá)結(jié)果一致。

腎臟不同空間區(qū)域內(nèi)巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)差異

3. cLN患者腎臟B細(xì)胞的基因表達(dá)模式、空間分布特征以及與其他免疫細(xì)胞的相互作用

鑒于已知B細(xì)胞在LN發(fā)病機(jī)制中的重要性，該研究試圖描述它們的基因表達(dá)模式和相互作用網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)，cLN患者腎臟中B細(xì)胞存在顯著的亞群分化。其中的B.3亞群具有較高的MHC基因表達(dá)和中等的免疫球蛋白基因表達(dá)，表明其可能處于活化狀態(tài)。這些活化B細(xì)胞與漿細(xì)胞形成局部聚集，主要分布在腎小管間質(zhì)的免疫熱點(diǎn)區(qū)域，與巨噬細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞等免疫細(xì)胞形成密切的空間相互作用網(wǎng)絡(luò)。B細(xì)胞在這些免疫熱點(diǎn)中與其他免疫細(xì)胞的協(xié)同作用，促進(jìn)了局部免疫反應(yīng)的維持，尤其是漿細(xì)胞在這些區(qū)域高表達(dá)IgA、IgG和IgM等免疫球蛋白。此外，B細(xì)胞亞群的基因表達(dá)模式與成人LN中的B細(xì)胞群體有很大重疊，進(jìn)一步確認(rèn)了B細(xì)胞在LN發(fā)病機(jī)制中的普遍作用。

免疫熱點(diǎn)內(nèi)的基因表達(dá)和細(xì)胞相互作用模式

 
4. cLN患者中腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞和足細(xì)胞等固有細(xì)胞在疾病過程中的基因表達(dá)變化

在治療抵抗性cLN患者中，盡管外周血中的B細(xì)胞通過利妥昔單抗治療被顯著清除，但腎臟組織中的B細(xì)胞仍然存在，并在免疫熱點(diǎn)區(qū)域形成持久的聚集。與對(duì)照組相比，cLN患者的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞和足細(xì)胞上調(diào)了干擾素響應(yīng)、細(xì)胞因子信號(hào)傳遞、細(xì)胞外基質(zhì)組織和生長(zhǎng)因子信號(hào)通路等基因，這表明這些細(xì)胞在免疫反應(yīng)和組織損傷修復(fù)中起著核心作用。即使在沒有顯著病理變化的腎小球中，這些細(xì)胞的基因表達(dá)也表現(xiàn)出與正常腎小球相比的變化，表明即便在組織學(xué)上未見明顯異常的腎小球中，也可能存在分子層面的病理變化。

cLN以常駐腎小球細(xì)胞基因表達(dá)改變?yōu)樘卣?/span>

 
5. 鑒定cLN炎癥和組織纖維化相關(guān)基因的表達(dá)模式

研究發(fā)現(xiàn)，干擾素反應(yīng)基因模塊（ISG-high）在腎小球區(qū)域的高表達(dá)，顯示出干擾素應(yīng)答在cLN免疫反應(yīng)中的核心作用。且不同患者間該模塊的表達(dá)存在顯著差異，進(jìn)一步支持了cLN的免疫異質(zhì)性。巨噬細(xì)胞相關(guān)基因模塊的高表達(dá)表明，巨噬細(xì)胞在免疫熱點(diǎn)區(qū)域的免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。盡管cLN的主要表現(xiàn)是免疫反應(yīng)和腎小球炎癥，但在早期階段，腎臟已經(jīng)開始出現(xiàn)纖維化的分子信號(hào)，特別是在腎小管間質(zhì)區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，與細(xì)胞外基質(zhì)、膠原蛋白和組織重塑相關(guān)的基因在cLN患者腎臟中顯著上調(diào)，這些基因與腎臟的組織損傷、修復(fù)反應(yīng)和纖維化過程的啟動(dòng)相關(guān)，提示這些基因的高表達(dá)是腎臟纖維化進(jìn)程的早期標(biāo)志。

cLN的特征是纖維化相關(guān)基因的空間相關(guān)表達(dá)
 

主要結(jié)論

這篇文章通過CosMx SMI空間分子成像技術(shù)深入研究了兒童狼瘡性腎炎（cLN）的免疫病理機(jī)制，揭示了免疫細(xì)胞在腎臟不同區(qū)域的空間分布和基因表達(dá)的異質(zhì)性。研究發(fā)現(xiàn)，cLN患者的免疫反應(yīng)不僅表現(xiàn)為巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞等免疫細(xì)胞的顯著擴(kuò)展，還伴隨有干擾素應(yīng)答和免疫細(xì)胞間復(fù)雜的相互作用。尤其在腎小球和腎小管間質(zhì)區(qū)域，免疫熱點(diǎn)的形成對(duì)局部免疫反應(yīng)起著關(guān)鍵作用。此外，研究還揭示了纖維化相關(guān)基因的高表達(dá)與腎臟纖維化的早期發(fā)生密切相關(guān)，表明免疫反應(yīng)和纖維化過程是cLN進(jìn)展中的重要并行機(jī)制。整體而言，該研究為理解cLN的免疫病理提供了新的分子層次的視角，并為未來的精準(zhǔn)治療和個(gè)性化藥物研發(fā)提供了潛在的靶點(diǎn)。