Caplacizumab-YHDP

引言 / introduction 研究团队选取8名健康捐赠者和20名接受抗炎治疗的轻、重度哮喘患者的支气管内活检样本，结合Xenium和GeoMX两大空间转录组学平台分析气道壁组织。借助Xenium平台的339基因面板，检测到超200万条转录本，鉴定出18个细胞簇；同时用GeoMX平台对上皮、上皮下和平滑肌三个区域做数字化空间分析。最终构建出含15个核心细胞簇的气道壁单细胞空间转录组图谱，呈现了不同细胞类型的空间分布、转录特征及细胞间邻近和距离特征，填补传统单细胞研究缺失的空间维度信息。 英文题目：A single-cell spatial chart of the airway wall reveals proinflammatory cellular ecosystems and their interactions in health and asthma 中文题目：单细胞空间图谱揭示气道壁促炎性细胞生态系统及其在健康与哮喘状态下的相互作用 发表杂志：Nature Immunology 发表时间：2025年5月21日 影响因子：27.6 DOI：10.1038/s41590-025-02161-3 发表单位：英国伦敦帝国理工学院国家心肺研究所等 Research Background 背景 哮喘作为一种常见的慢性气道炎症性疾病，即便有抗炎疗法和生物制剂加持，仍有大量患者治疗效果不佳。究其原因，传统研究多依赖组织解离技术，丢失了细胞间关键的空间位置信息，让气道壁中驻留细胞与炎症细胞的相互作用机制始终扑朔迷离。 近日，《Nature Immunology》发表的一项重磅研究，首次利用单细胞空间转录组学技术，绘制出健康人群与哮喘患者气道壁的单细胞空间图谱，精准定位了气道壁中促炎细胞生态系统的分布特征、细胞间相互作用模式，还揭示了现有治疗下哮喘气道的重塑规律，为哮喘精准治疗靶点开发和药物效果评估提供了全新视角。 Technical Route 技术路线 Research findings 结果 一、气道壁的空间图谱 为明确支气管气道空间转录特征，构建健康与哮喘状态下气道壁单细胞空间图谱，研究采用Xenium和GeoMX两大空间转录组平台，分析8例健康供体及20例接受抗炎治疗的轻/重度哮喘患者支气管活检样本。通过无偏聚类、经典标志物注释、UMAP降维及细胞邻域分析，结合独立队列48个ROI验证，解析细胞转录特征与空间关系。成功鉴定出18个细胞簇，其中15个经肺空间细胞图谱验证。健康与哮喘供体细胞簇频率无显著差异，但上皮和内皮细胞有独特转录与空间特征亚群。ROIs主要按上皮、上皮下、平滑肌区域聚类，功能基因在离散区域表达。细胞邻域分析显示，基底细胞优先与同类细胞、杯状细胞近距离关联，与平滑肌细胞远距离相互作用。 核心结果通过Fig. 1呈现，含实验设计（1a）、样本切片与转录本检测（1b）、细胞聚类（1c）、细胞簇频率分布（1d）、ROI选择（1e）、UMAP聚类（1f）、功能基因密度图（1g）、ROI功能基因表达（1h）及细胞邻域分析（1i、1j） 图1：单细胞空间转录组技术流程与健康/哮喘气道壁的细胞聚类、空间分布特征 二、气道壁的促炎细胞生态系统 为明确气道壁区域特异性转录特征，解析健康与哮喘状态下促炎介质产生部位及细胞来源，研究结合H&E染色与转录本分布，注释气道壁上皮-上皮下区域和粘液腺区域，排除受损区域；针对这两个niche，分析健康与哮喘样本中警报素和趋化因子表达分布，用基因点图、热图量化不同细胞簇促炎介质产生能力，并在独立队列验证结果。发现气道壁转录本集中于上皮-上皮下和粘液腺区域，均有“炎症枢纽”；基质细胞是促炎介质主要产生者，BC1、EnC2高表达IL33和趋化因子，杯状细胞高表达CXCL6、CXCL8；哮喘患者抗炎治疗后，多数警报素和趋化因子表达降低（IL33尤显著），但CXCL17在上皮区域表达显著升高且不受治疗影响；增殖相关基因在基质细胞中低表达，细胞外基质基因主要由成纤维细胞和平滑肌细胞表达且在哮喘中下调。 核心结果通过Fig. 2呈现，含区域注释（2a）、niche细胞聚类（2b、2c）、炎症枢纽定位（2d）、促炎介质细胞来源（2e、2f）及组间表达对比（2g），补充验证结果见Extended Data Fig. 2、3。 图2：气道壁上皮-上皮下区和粘液腺区存在离散的促炎中心，警报素和趋化因子的空间表达与细胞来源 三、基底细胞、杯状细胞和内皮细胞协同调控上皮 niche的促炎反应 为深入表征上皮和粘液腺niche中促炎介质产生细胞转录特征，探究健康与哮喘状态下细胞空间互作差异，研究聚焦BC1、杯状细胞、EnC2等促炎细胞，通过基因表达分析明确特征标志物，利用空间邻域分析量化细胞间最短距离及关联模式以对比细胞互作差异，借助Xenium平台基因特征与细胞反卷积技术在GeoMX独立队列验证核心细胞存在及富集特征。结果显示，BC1高表达KRT15、F3（哮喘样本更显著），哮喘患者上皮杯状细胞CYP2F1、MUC5B、KLK11表达升高，KRT7、TACSTD2降低，EnC2高表达VWF、PLVAP及趋化因子受体ACKR1；两类样本核心促炎细胞比例无显著差异，但哮喘组BC1、杯状细胞、EnC2与自身及纤毛细胞、成纤维细胞等最短距离显著缩短，细胞聚集性增强；GeoMX队列验证了上述细胞存在，组间富集水平无差异，提示抗炎治疗虽抑制促炎基因表达，但无法逆转细胞空间聚集。 核心结果通过Fig. 3呈现，含细胞特征与空间关联示意图（3a）、核心细胞标志物表达（3b）、细胞邻域分布（3c）、细胞间最短距离对比（3d）及独立队列验证（3e），补充数据见Extended Data Fig. 4。 图3：上皮微环境中BC1杯状细胞、EnC2的基因表达特征及哮喘中细胞空间邻近性增强 四、哮喘患者粘膜下腺体细胞群落存在异常改变 为探究粘液腺区域促炎介质产生细胞（内皮细胞、成纤维细胞）分布特征，解析哮喘状态下该niche的细胞转录表型与空间互作变化，研究聚焦注释后的粘液腺区域，分析健康与哮喘样本中细胞簇比例及核心细胞（EnC2、成纤维细胞、杯状细胞、浆液细胞）基因表达特征，通过空间邻域分析量化细胞间最短距离与互作强度，结合GeoMX队列验证关键基因（APOD、MUC5B）表达差异。结果显示，粘液腺区域各细胞簇比例无组间差异，但EnC2高表达VWF、PLVAP及ACKR1；哮喘组成纤维细胞APOD表达升高约150%，杯状细胞MUC5B表达升高约340%，重度哮喘样本MUC5AC表达呈上升趋势；发现哮喘特异性浆液细胞表型，其LTF表达较经典浆液细胞升高约660%；哮喘组EnC2、成纤维细胞与杯状细胞、浆液细胞空间互作增强，细胞间最短距离缩短，形成聚集状态，且杯状细胞、浆液细胞总数增加。 核心结果通过Fig. 4呈现，含粘液腺区域细胞分析示意图（4a）、核心细胞基因表达（4b、4e、4h）、细胞空间互作（4c、4g、4i）、MUC5B/MUC5AC表达验证（4f），补充数据见Extended Data Fig. 5。 图4：哮喘粘液腺微环境的基因表达紊乱(MUC5B高表达)和细胞互作异常 五、肥大细胞具有调控促炎生态系统的功能 为明确气道壁中丰度最高的免疫细胞（肥大细胞、巨噬细胞）转录特征与空间互作模式，探究其在哮喘促炎生态系统中的作用及抗炎治疗的影响，研究通过Xenium平台解析两类细胞转录特征，用精密肺切片（PCLS）成像定位肥大细胞分布，对比健康与哮喘样本中两类细胞标志物表达及邻域互作差异，重点分析肥大细胞与BC1、EnC2等核心细胞的空间关联。结果显示，肥大细胞和巨噬细胞是气道壁最丰富的免疫细胞；巨噬细胞仅MARCO表达降低且与内皮细胞、浆液细胞互作增强，其余转录特征无组间差异；肥大细胞定位于血管周围，高表达CPA3、KIT、MS4A2等标志物及组织重塑因子AREG，哮喘组CPA3表达降低约55%但AREG表达稳定；肥大细胞与EnC1/EnC2、巨噬细胞、成纤维细胞互作紧密，哮喘组进一步增强与杯状细胞、浆液细胞的关联，细胞聚集特征未被抗炎治疗逆转。 核心结果通过Fig. 5呈现，含肥大细胞分布成像（5a、5b）、转录特征与促炎介质表达（5c、5d）、细胞邻域分布（5e）及组间互作差异（5f），补充数据见Extended Data Fig. 6。 图5：肥大细胞在促炎生态中的核心作用，高表达AREG且哮喘中空间互作增强 六、伊马替尼治疗对肺组织细胞互作具有显著 影响 为探究靶向肥大细胞活性药物（伊马替尼，KIT抑制剂）对哮喘气道细胞转录组及空间组织结构的调控作用与治疗机制，研究纳入KIA临床试验中接受6个月伊马替尼/安慰剂治疗的重度难治性哮喘患者，采集支气管活检样本，通过Xenium平台进行单细胞空间转录组分析，鉴定并注释细胞簇，对比两组促炎分子表达、细胞空间互作及功能基因差异。结果显示，伊马替尼组检测到21个细胞簇，免疫细胞亚群增多；药物显著降低了多数警报素、趋化因子的表达，减少成纤维细胞的细胞外基质基因及免疫调控基因表达；降低基底细胞KRT15、EnC2的ACKR1表达，减少EnC2与CD8+T细胞、单核细胞的近距离互作，恢复杯状细胞与纤毛细胞、基底细胞的正常上皮互作；显著抑制肥大细胞CPA3、KIT的表达及频率，减弱其与核心细胞的关联，逆转气道细胞异常聚集。 核心结果通过Fig. 6呈现，含临床试验设计（6a）、样本分析示意图（6b）、细胞聚类（6c）、促炎分子表达（6d）、炎症枢纽变化（6e）、核心细胞基因特征（6f、6i、6l）及细胞空间互作（6g、6j、6m），补充数据见Extended Data Fig. 7-9。 图6：伊马替尼治疗可抑制哮喘促炎基因表达，恢复气道细胞的空间组织架构 七、空间药物-靶点互作分析揭示药物作用的 特异性区域 为探索空间转录组学在个性化医疗中的应用潜力，构建药物-靶点空间互作分析体系，明确药物在气道壁组织内的特异性作用区域与细胞类型，研究利用Drug2Cell工具整合ChEMBL数据库与Xenium平台基因面板数据，筛选靶向气道壁细胞簇的潜在药物。在健康与哮喘队列（含安慰剂/伊马替尼治疗组）中，分析药物与细胞的互作强度，用SquidPy工具实现药物作用靶点的空间可视化，聚焦呼吸类药物（如氢化可的松）的特异性作用特征。结果显示，替索单抗维多汀高特异性作用于哮喘患者的基底细胞和杯状细胞，卡普拉珠单抗特异性结合内皮细胞，吉非替尼等抑制剂在特定细胞类型和区域有阳性互作信号；伊马替尼在安慰剂组中与肥大细胞、成纤维细胞强互作，治疗后靶点表达降低；氢化可的松作用范围广，优先靶向上皮基底细胞、内皮细胞及粘液腺浆液细胞。研究成功实现药物作用的空间可视化，明确了不同药物的组织特异性作用特征。 核心结果通过Fig. 7呈现，含药物-靶点分析流程（7a）、药物-细胞互作强度（7b、7c）及药物空间作用可视化（7d、7e），补充数据见Extended Data Fig. 10。 图7：Drug2Cell工具分析药物-靶点的空间互作，可视化药物在气道组织中的靶向作用区域 结语 /conclusion 本研究借助单细胞空间转录组学技术，聚焦慢性肺部疾病核心病变部位支气管壁，揭示其存在由特定基质细胞组合分泌趋化因子和警报素形成的离散调控性细胞生态系统。研究证实细胞位置影响其身份与功能表型，肥大细胞作为关键免疫细胞，通过表达AREG等分子调控炎症微环境，且AREG表达在哮喘治疗后稳定；ACKR1通过调节趋化因子可用性参与生态系统组织。虽哮喘患者治疗后炎症趋化因子mRNA水平降低，但细胞空间聚集仍可能形成局部“炎症热点”，现有治疗未解决粘液分泌异常等关键病理特征。此外，研究建立的药物-靶点空间互作分析体系，为个性化医疗、药物研发与重定位提供重要工具，为理解气道慢性炎症发病机制及治疗优化奠定基础。 原文链接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12133579/ 参考文献： Joulia R, Patti S, Traves WJ, Loewenthal L, Yates L, Walker SA, Puttur F, Al-Sahaf M, Cahill KN, Lai J, Siddiqui S, Boyce JA, Israel E, Lloyd CM. A single-cell spatial chart of the airway wall reveals proinflammatory cellular ecosystems and their interactions in health and asthma. Nat Immunol. 2025 Jun;26(6):920-933. doi: 10.1038/s41590-025-02161-3 IF:27.6 Q1. Epub 2025 May 21. PMID: 40399607; PMCID: PMC12133579. END 供稿 | 科服技术产品组 排版编辑 | 市场部