CosMx SMI揭示儿童期红斑狼疮肾炎有肾脏基质与浸润免疫细胞的互作
中文题目：儿童期红斑狼疮肾炎存在肾脏基质与浸润免疫细胞之间复杂的相互作用
期刊：Science Translational Medicine
IF：16
研究背景
儿童期发病的系统性红斑狼疮（cSLE）患者相比成人更容易发展为狼疮性肾炎（cLN），且由于病程较长，累积肾脏损伤的风险更高。为了更深入地理解cLN的病理特征并开发精准的治疗策略，研究人员可使用单细胞RNA测序技术全面描述正常与病变组织中的细胞类型及状态。然而，scRNA-seq在分析过程中需要对组织进行解离，导致空间信息丢失，同时未能充分捕获罕见但功能重要的细胞类型，并且肾脏组织解离时会引入人为诱导的应激反应。因此，本文通过CosMx SMI空间分子成像技术，生成了单细胞分辨率的空间图谱，以研究肾脏固有细胞和免疫浸润细胞在cLN病理过程中的相互作用。该研究展示了空间转录组学技术在揭示cLN复杂病理中的优势，为未来精准诊断和个性化治疗提供了新视角。
空间转录组技术
平台：NanoString CosMx SMI空间分子成像
样本：8名cLN患者和4名对照样本的FFPE肾脏组织
Panel：Human 960 genes
样本信息
技术路线
文章主要结果
1. 单细胞分辨率的cLN空间图谱及免疫细胞的空间分布特征
通过分析CosMx数据集，将肾脏中的细胞准确分为肾小球、肾小管和免疫细胞等主要类型。通过对比PAS染色组织切片和免疫组化标记与空间转录组数据，发现转录组注释的解剖区域与实际组织形态高度匹配，验证了空间图谱的准确性。研究发现，cLN患者肾脏组织内免疫细胞比例显著增加，尤其是B细胞、浆细胞、CD4+T细胞和CD8+T细胞等适应性免疫细胞。巨噬细胞作为最主要的免疫细胞，在肾小球内浸润的比例显著升高，显示出多种促炎性功能。同时，B细胞和浆细胞倾向于聚集在肾小管间质的免疫热点区域，并与巨噬细胞等其他免疫细胞共同构成局部免疫微环境。CD4+和CD8+T细胞分布主要集中于肾小管间质区域。此外，分析不同患者样本显示，尽管总体趋势一致，但不同患者的免疫细胞分布模式表现出显著异质性，反映了cLN的个体化病理特征。
cLN空间图谱及免疫细胞的空间分布
2. 巨噬细胞在肾脏不同空间区域内的基因表达差异及其功能特性
研究显示，肾小球内的巨噬细胞上调了与抗原摄取、脂质代谢、促炎性反应以及组织重塑相关的基因，表明其具有显著的促炎表型。相较于组织驻留型巨噬细胞，肾小球巨噬细胞的基因表达模式表明其可能来源于循环单核细胞并在肾小球内发生功能分化。此外，通过“肾小球基因评分”分析，发现肾小球内巨噬细胞的基因表达特征与肾小管间质巨噬细胞显著不同。分析成人LN数据集发现炎症性和吞噬性巨噬细胞在肾小球内同样具有高“肾小球基因评分”，表明该表型可能在跨年龄组普遍存在。蛋白水平的验证进一步支持了肾小球内巨噬细胞的功能特性，与基因表达结果一致。
肾脏不同空间区域内巨噬细胞的基因表达差异
3. cLN患者肾脏B细胞的基因表达模式、空间分布特征以及与其他免疫细胞的相互作用
鉴于已知B细胞在LN发病机制中的重要性，该研究试图描述它们的基因表达模式和相互作用网络。研究发现，cLN患者肾脏中B细胞存在显著的亚群分化。其中的B.3亚群具有较高的MHC基因表达和中等的免疫球蛋白基因表达，表明其可能处于活化状态。这些活化B细胞与浆细胞形成局部聚集，主要分布在肾小管间质的免疫热点区域，与巨噬细胞、CD4+T细胞等免疫细胞形成密切的空间相互作用网络。B细胞在这些免疫热点中与其他免疫细胞的协同作用，促进了局部免疫反应的维持，尤其是浆细胞在这些区域高表达IgA、IgG和IgM等免疫球蛋白。此外，B细胞亚群的基因表达模式与成人LN中的B细胞群体有很大重叠，进一步确认了B细胞在LN发病机制中的普遍作用。
免疫热点内的基因表达和细胞相互作用模式
4. cLN患者中肾小球内皮细胞、系膜细胞和足细胞等固有细胞在疾病过程中的基因表达变化
在治疗抵抗性cLN患者中，尽管外周血中的B细胞通过利妥昔单抗治疗被显著清除，但肾脏组织中的B细胞仍然存在，并在免疫热点区域形成持久的聚集。与对照组相比，cLN患者的肾小球内皮细胞、系膜细胞和足细胞上调了干扰素响应、细胞因子信号传递、细胞外基质组织和生长因子信号通路等基因，这表明这些细胞在免疫反应和组织损伤修复中起着核心作用。即使在没有显著病理变化的肾小球中，这些细胞的基因表达也表现出与正常肾小球相比的变化，表明即便在组织学上未见明显异常的肾小球中，也可能存在分子层面的病理变化。
cLN以常驻肾小球细胞基因表达改变为特征
5. 鉴定cLN炎症和组织纤维化相关基因的表达模式
研究发现，干扰素反应基因模块（ISG-high）在肾小球区域的高表达，显示出干扰素应答在cLN免疫反应中的核心作用。且不同患者间该模块的表达存在显著差异，进一步支持了cLN的免疫异质性。巨噬细胞相关基因模块的高表达表明，巨噬细胞在免疫热点区域的免疫反应中发挥重要作用。尽管cLN的主要表现是免疫反应和肾小球炎症，但在早期阶段，肾脏已经开始出现纤维化的分子信号，特别是在肾小管间质区域。研究发现，与细胞外基质、胶原蛋白和组织重塑相关的基因在cLN患者肾脏中显著上调，这些基因与肾脏的组织损伤、修复反应和纤维化过程的启动相关，提示这些基因的高表达是肾脏纤维化进程的早期标志。
cLN的特征是纤维化相关基因的空间相关表达
主要结论
这篇文章通过CosMx SMI空间分子成像技术深入研究了儿童狼疮性肾炎（cLN）的免疫病理机制，揭示了免疫细胞在肾脏不同区域的空间分布和基因表达的异质性。研究发现，cLN患者的免疫反应不仅表现为巨噬细胞、B细胞等免疫细胞的显著扩展，还伴随有干扰素应答和免疫细胞间复杂的相互作用。尤其在肾小球和肾小管间质区域，免疫热点的形成对局部免疫反应起着关键作用。此外，研究还揭示了纤维化相关基因的高表达与肾脏纤维化的早期发生密切相关，表明免疫反应和纤维化过程是cLN进展中的重要并行机制。整体而言，该研究为理解cLN的免疫病理提供了新的分子层次的视角，并为未来的精准治疗和个性化药物研发提供了潜在的靶点。
