Akoya单细胞空间表型分析方案助力结核肉芽肿病理学分型建立
结核病(Tuberculosis, TB)是由结核分枝杆菌 (Mycobacterium tuberculosis)感染引起的慢性传染病。结核菌可能侵入人体全身各种器官，但主要侵犯肺脏，称为肺结核病。结核病，又叫“痨病”，可以算作是世界上最古老的疾病之一，科研人员在埃及4500年前的木乃伊身上就发现过结核杆菌的痕迹。时至今日，结核病仍然是导致死亡的重要疾病，2020 年约有 150 万人死亡。开发新的结核病疫苗和疗法仍然是全球结核治疗的优先事项，这就需要对介导宿主对结核病病原体结核分枝杆菌耐药的机制有更清晰理解。
研究表明宿主和病原体之间的战斗发生在称为肉芽肿的富含免疫细胞的病变水平上，虽然肉芽肿被认为是隔离感染的保护结构，但它也有助于分枝杆菌的存活，重要的是，它是器官损伤的主要表现。尽管肉芽肿在宿主防御中的关键作用已经被认识到，但对分枝杆菌肉芽肿的细胞基础形成和病理分型仍不了解。
来自悉尼大学Carl G Feng和深圳大学医学部陈心春教授研究团队合作在预印版平台bioRxiv上公布了“Spatial mapping of human lung tissue reveals granuloma diversity and histopathological superstructure in tuberculosis”的研究成果，研究人员使用Akoya单细胞多重荧光表型分析以及空间单细胞分析算法，通过对结核组织切片样本进行全景分析，首次系统建立了结核肉芽肿的分类和病理分型。
结核病的组织病理学标志是形成称为肉芽肿的富含免疫细胞的聚集体，但人类结核病中肉芽肿异质性的范围尚不清楚，通过在大面积肺结核组织中对单个免疫细胞进行空间映射分析，研究人员发现除了坏死性肉芽肿外，人肺结核还含有大量的非坏死性白细胞聚集体，围绕着坏死组织的区域。这些细胞损伤的组成比坏死性损伤更多样化，并且可以根据 B 细胞和巨噬细胞的细胞组成和空间分布分为四类，表明在坏死性肉芽肿附近有明显的免疫反应灶。
空间转录组学和蛋白质组学技术的最新进展使研究人员能够对不同水平的分枝杆菌感染组织进行原位分析，通过分析大面积病变组织中的病变程度来揭示肉芽肿的多样性水平，将加深对以高维表型为特征的病变内微环境的理解。为了捕获肺结核肺组织样本中存在的所有细胞结构，研究人员采用了Opal多重荧光技术对10例结核样本绘制了具有单细胞分辨率的组织范围免疫图谱。
进一步的结核样本单细胞空间表型分析表明，非坏死结构的特定细胞组成与它们与坏死病变的接近程度相关，在结核病期间，患病的肺组织会形成一种组织病理学上层结构，其中包含至少四种不同类型的非坏死性细胞聚集体，这些聚集体组织成坏死性肉芽肿的卫星结构对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
基于空间表型分析开发的结核肉芽肿识别和分类策略，以尽量减少通常与病变分析相关的主观性和偏见。通过对大约 700 万个细胞的 657 个定义为不同的免疫细胞聚集体的病灶进行单细胞空间分析，确定人类结核组织除了公认的坏死性病灶外，在组成和空间上至少包含四种类型明显的非坏死性病变。进一步的空间分析表明，后一种病灶结构是由邻近的坏死性肉芽肿以及免疫细胞的病灶内组织形成的，这表明肉芽肿结构受人类结核病中的病灶内在和外在生物信号的控制。
本研究基于单细胞空间病理分析首次精准量化不同患者病变的异质性的结核肉芽肿分型标准，从而为指导难治性结核患者开展个体化免疫治疗等精准治疗提供了分型依据；同时有利于揭示不同肉芽肿形成的动态规律和机制，研究发现CD20 B细胞与CD68 巨噬细胞交互作用，决定着肉芽肿的分型机制；也有利于系统分析肉芽肿在结核免疫保护和免疫病理中的作用。为建立结核免疫保护评价指标体系，指导新一代疫苗研发和药物开发提供了科学的依据。
参考文献
1. Spatial mapping of human lung tissue reveals granuloma diversity and histopathological superstructure in tuberculosis.
Doi: https://doi.org/10.1101/2022.07.31.502240
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