CosMx SMI揭示兒童期紅斑狼瘡腎炎有腎臟基質與浸潤免疫細胞的互作
中文題目：兒童期紅斑狼瘡腎炎存在腎臟基質與浸潤免疫細胞之間復雜的相互作用
期刊：Science Translational Medicine
IF：16
研究背景
兒童期發病的系統性紅斑狼瘡（cSLE）患者相比成人更容易發展為狼瘡性腎炎（cLN），且由于病程較長，累積腎臟損傷的風險更高。為了更深入地理解cLN的病理特征并開發精準的治療策略，研究人員可使用單細胞RNA測序技術全面描述正常與病變組織中的細胞類型及狀態。然而，scRNA-seq在分析過程中需要對組織進行解離，導致空間信息丟失，同時未能充分捕獲罕見但功能重要的細胞類型，并且腎臟組織解離時會引入人為誘導的應激反應。因此，本文通過CosMx SMI空間分子成像技術，生成了單細胞分辨率的空間圖譜，以研究腎臟固有細胞和免疫浸潤細胞在cLN病理過程中的相互作用。該研究展示了空間轉錄組學技術在揭示cLN復雜病理中的優勢，為未來精準診斷和個性化治療提供了新視角。
空間轉錄組技術
平臺：NanoString CosMx SMI空間分子成像
樣本：8名cLN患者和4名對照樣本的FFPE腎臟組織
Panel：Human 960 genes
樣本信息
技術路線
文章主要結果
1. 單細胞分辨率的cLN空間圖譜及免疫細胞的空間分布特征
通過分析CosMx數據集，將腎臟中的細胞準確分為腎小球、腎小管和免疫細胞等主要類型。通過對比PAS染色組織切片和免疫組化標記與空間轉錄組數據，發現轉錄組注釋的解剖區域與實際組織形態高度匹配，驗證了空間圖譜的準確性。研究發現，cLN患者腎臟組織內免疫細胞比例顯著增加，尤其是B細胞、漿細胞、CD4+T細胞和CD8+T細胞等適應性免疫細胞。巨噬細胞作為最主要的免疫細胞，在腎小球內浸潤的比例顯著升高，顯示出多種促炎性功能。同時，B細胞和漿細胞傾向于聚集在腎小管間質的免疫熱點區域，并與巨噬細胞等其他免疫細胞共同構成局部免疫微環境。CD4+和CD8+T細胞分布主要集中于腎小管間質區域。此外，分析不同患者樣本顯示，盡管總體趨勢一致，但不同患者的免疫細胞分布模式表現出顯著異質性，反映了cLN的個體化病理特征。
cLN空間圖譜及免疫細胞的空間分布
2. 巨噬細胞在腎臟不同空間區域內的基因表達差異及其功能特性
研究顯示，腎小球內的巨噬細胞上調了與抗原攝取、脂質代謝、促炎性反應以及組織重塑相關的基因，表明其具有顯著的促炎表型。相較于組織駐留型巨噬細胞，腎小球巨噬細胞的基因表達模式表明其可能來源于循環單核細胞并在腎小球內發生功能分化。此外，通過“腎小球基因評分”分析，發現腎小球內巨噬細胞的基因表達特征與腎小管間質巨噬細胞顯著不同。分析成人LN數據集發現炎癥性和吞噬性巨噬細胞在腎小球內同樣具有高“腎小球基因評分”，表明該表型可能在跨年齡組普遍存在。蛋白水平的驗證進一步支持了腎小球內巨噬細胞的功能特性，與基因表達結果一致。
腎臟不同空間區域內巨噬細胞的基因表達差異
3. cLN患者腎臟B細胞的基因表達模式、空間分布特征以及與其他免疫細胞的相互作用
鑒于已知B細胞在LN發病機制中的重要性，該研究試圖描述它們的基因表達模式和相互作用網絡。研究發現，cLN患者腎臟中B細胞存在顯著的亞群分化。其中的B.3亞群具有較高的MHC基因表達和中等的免疫球蛋白基因表達，表明其可能處于活化狀態。這些活化B細胞與漿細胞形成局部聚集，主要分布在腎小管間質的免疫熱點區域，與巨噬細胞、CD4+T細胞等免疫細胞形成密切的空間相互作用網絡。B細胞在這些免疫熱點中與其他免疫細胞的協同作用，促進了局部免疫反應的維持，尤其是漿細胞在這些區域高表達IgA、IgG和IgM等免疫球蛋白。此外，B細胞亞群的基因表達模式與成人LN中的B細胞群體有很大重疊，進一步確認了B細胞在LN發病機制中的普遍作用。
免疫熱點內的基因表達和細胞相互作用模式
4. cLN患者中腎小球內皮細胞、系膜細胞和足細胞等固有細胞在疾病過程中的基因表達變化
在治療抵抗性cLN患者中，盡管外周血中的B細胞通過利妥昔單抗治療被顯著清除，但腎臟組織中的B細胞仍然存在，并在免疫熱點區域形成持久的聚集。與對照組相比，cLN患者的腎小球內皮細胞、系膜細胞和足細胞上調了干擾素響應、細胞因子信號傳遞、細胞外基質組織和生長因子信號通路等基因，這表明這些細胞在免疫反應和組織損傷修復中起著核心作用。即使在沒有顯著病理變化的腎小球中，這些細胞的基因表達也表現出與正常腎小球相比的變化，表明即便在組織學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以常駐腎小球細胞基因表達改變為特征
5. 鑒定cLN炎癥和組織纖維化相關基因的表達模式
研究發現，干擾素反應基因模塊（ISG-high）在腎小球區域的高表達，顯示出干擾素應答在cLN免疫反應中的核心作用。且不同患者間該模塊的表達存在顯著差異，進一步支持了cLN的免疫異質性。巨噬細胞相關基因模塊的高表達表明，巨噬細胞在免疫熱點區域的免疫反應中發揮重要作用。盡管cLN的主要表現是免疫反應和腎小球炎癥，但在早期階段，腎臟已經開始出現纖維化的分子信號，特別是在腎小管間質區域。研究發現，與細胞外基質、膠原蛋白和組織重塑相關的基因在cLN患者腎臟中顯著上調，這些基因與腎臟的組織損傷、修復反應和纖維化過程的啟動相關，提示這些基因的高表達是腎臟纖維化進程的早期標志。
cLN的特征是纖維化相關基因的空間相關表達
主要結論
這篇文章通過CosMx SMI空間分子成像技術深入研究了兒童狼瘡性腎炎（cLN）的免疫病理機制，揭示了免疫細胞在腎臟不同區域的空間分布和基因表達的異質性。研究發現，cLN患者的免疫反應不僅表現為巨噬細胞、B細胞等免疫細胞的顯著擴展，還伴隨有干擾素應答和免疫細胞間復雜的相互作用。尤其在腎小球和腎小管間質區域，免疫熱點的形成對局部免疫反應起著關鍵作用。此外，研究還揭示了纖維化相關基因的高表達與腎臟纖維化的早期發生密切相關，表明免疫反應和纖維化過程是cLN進展中的重要并行機制。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，并為未來的精準治療和個性化藥物研發提供了潛在的靶點。
