芯空一号快讯 | 跟SBC一起做科研:结肠炎研究,你真的用对模型了吗?
小冯:
临床上用抗IL-12p40治IBD,有的患者缓解得很好,有的完全没反应,30%原发无应答、50%继发性失应答。这说明"慢性结肠炎"这个帽子底下,很可能藏着好几种完全不同的炎症机制。那要做机制研究就绕不开小鼠模型,可那几个经典结肠炎模型——T细胞转移、Il10敲除——有人系统比过它们到底共享多少机制、各自代表了哪种类型吗?
蒋老师:
刚发在Immunity上的一篇文章,他们做了一件我觉得特别扎实的事:同时跑了T细胞转移和Il10敲除两种经典结肠炎模型,而且每个模型都在bulk、单细胞和空间转录组三个分辨率上纵向采样,总共攒了快46万个细胞的数据。T细胞转移模型还用了SCID和Rag2敲除两个不同品系,又加了一组抗IL-12p40治疗做干预对照。每个时间点每组3只小鼠,每7到14天采一次样,把结肠细胞按免疫、上皮、基质三路分选后分别做单细胞测序再拼回来。说白了,他们就是想用最全的数据维度,系统回答你说的那个问题:不同模型之间到底共享多少,各自又有什么独特之处。
小冯:
数据搭好了,那先从最宏观的bulk层面看,几个模型的转录组变化节奏一样吗?MAPK、JAK/STAT这些临床上盯着的关键通路,在不同模型里是一致还是各有各的走法?
蒋老师:
PCA确认了疾病进展和转录组变化强相关。但MAPK就很有意思了:SCID里从头高到尾、抗IL-12p40压不住,Rag2里晚期才起来且完全依赖IL-12p40,Il10敲除里仅是早期短暂激活——同一个通路,三个遗传背景三个启动逻辑。更关键的是跨物种那步:小鼠差异基因里筛出的保守基因几乎全落在中性粒细胞趋化和细胞因子信号上,跟人类UC高度重叠。他们抓到的不是模型偏门特征,是跨物种的通病。
小冯:
好,bulk层面抓到了保守的炎症信号和138个跨物种基因,那这些东西具体是在哪些细胞被激活?他们不是把细胞拆成了免疫、基质、上皮三路嘛,单细胞图谱上这三路各是什么阵容?而且我更好奇的是,成纤维细胞和上皮细胞这些非免疫区室,在炎症里是旁观者还是参与者?
蒋老师:
免疫区室在T细胞转移模型里17个聚类、Il10敲除里18个,多出来的恰恰是B细胞和浆细胞——这一点很关键,因为人类IBD里B细胞和浆细胞越来越被重视。基质区室有十几种成纤维细胞亚群,上皮从干细胞到杯状细胞到肠内分泌细胞全有。
回到你关心的非免疫区室到底参不参与。SCID小鼠的基质重塑非常明显,Has1阳性和Igfbp6阳性成纤维细胞往上走,Adamdec1阳性成纤维细胞和毛细血管细胞往下掉,抗IL-12p40能部分拉回来。Rag2和Il10敲除的基质变化则是波动的,没有一致的时序趋势。上皮这边,TA细胞在各自模型的特定时间点爆发式增加,tuft细胞只在Rag2里选择性扩增,Il10敲除里总杯状细胞早期下降但Reg4阳性杯状细胞反而扩增了。
但对我冲击最大的是一个跨模型都出现的现象:上皮细胞里的抗原呈递基因——MHC I类和II类——在所有模型中都随着炎症进展一路往上走。结肠细胞和杯状细胞都在上调H2-Aa、H2-Ab1。这个信号太强了。说明上皮不只是被动的屏障,它在主动参与免疫对话,而且这是跨模型共享的保守特征。T细胞转移模型侧重适应性免疫,Il10敲除多了体液免疫那条线,两个模型拼在一起才能看到全貌。
小冯:
三路细胞的地图清楚了。那回到免疫区室内部,之前bulk筛出的138个跨物种保守基因,在单细胞上主要落在哪类细胞里?T细胞、B细胞和中性粒细胞各自在炎症进展中经历了什么样的功能转变?
蒋老师:
138个保守基因往单细胞数据上一对,中性粒细胞表达评分最高,随病程一路涨。但我觉得这篇最精妙的发现是他们对中性粒细胞的功能拆解:中性粒细胞不是铁板一块,而是从Siglecf高表达的免疫抑制型转向Sell和Cxcl3高表达的细胞毒型。抗IL-12p40能压住前者那路基因,后者压不住。换句话说,中性粒细胞内部有一条不依赖IL-12p40的独立激活路径——这为"调节功能而非简单清除"的治疗思路提供了直接证据。
小冯:
这些分析精彩是精彩,但把细胞打散了看、把组织磨碎了测,总感觉少了点什么。真正在结肠组织原位,这些炎症程序是均匀铺开的还是分区驻扎的?前面说的那些bulk模块和细胞类型,在空间上是怎么排兵布阵的?
蒋老师:
他们用Visium空间转录组把结肠做成Swiss roll切片,然后拿bulk筛出的两个炎症模块rm1和rm2投射回组织原位。两个模块都随炎症加重,分布却泾渭分明:rm1铺满全结肠并在TLS有富集,rm2只蹲在近端上皮。NMF时空因子还独立鉴定出第三套程序——同样由抗原呈递基因主导,但专门富集在TLS样区域,跟前两套的空间位置完全不一样。MERFISH独立数据也验证了rm1和rm2的空间分工。我觉得这个发现最漂亮的地方在于,它直接挑战了传统认知——T细胞转移模型一向被当成均一全结肠炎,空间数据一看,不同区域分明在跑三套各不相同的炎症程序。
小冯:
蒋老师,我总结一下。这篇文章的核心逻辑链是:先用两种模型三种分辨率搭了一个时空数据库,然后在bulk层面抓到了跨模型保守的炎症信号和138个跨物种基因,接着在单细胞层面锁定了中性粒细胞是头号效应细胞、上皮细胞在搞抗原呈递,最后用空间转录组看到了rm1和rm2的空间分工,再加上NMF在TLS区域独立挖出的抗原呈递程序,一共三套并行但有空间分工的炎症程序。从整体到细胞再到空间,一层层剥出了慢性结肠炎不是铁板一块。
蒋老师:
你总结得很准。再往深想一层,他们讨论里有几个结论很值得琢磨。
第一,两种模型不是谁替代谁,而是互补。T细胞转移模型里CD4阳性T最终占免疫区室一半以上,Treg虽然也在涨但根本压不住——这足以说明Treg的存在本身不足以阻止病理进展。Il10敲除那边是浆细胞主导的体液免疫路线。两者拼在一起才接近人IBD的全貌。
第二,中性粒细胞不是单纯多了,而是变了。他们明确提出,调节中性粒细胞功能比简单清除更有治疗前景,因为从免疫抑制到细胞毒的状态转变暗示了可干预的窗口。这个思路跟之前耗竭实验结论不一的现象也能对上。
第三,空间异质性给了最关键的临床启示:既然三套炎症程序可以共存于同一组织内,那单一靶点治疗必然有盲区。未来可能需要根据每个患者占主导的炎症程序类型来分层治疗。他们还提出了一个开放假说:上皮抗原呈递可能通过一条IFN-γ到NLRP3炎性小体抑制的正反馈环参与疾病,但这个环在慢性炎症中可能在渐进性失效。
未来方向也很明确:把这套时空图谱跟人IBD数据集整合做疾病分层,然后针对不同程序做因果验证。如果能搞清楚在什么条件下哪个程序是主导的,那精准治疗就有谱了。这篇文章最大的价值就是给后续做靶点筛选和模型选择的工作省了大量试错成本——你不是盲选模型了,而是知道哪个模型最能对应你想研究的炎症类型。
> 参考文献:
Fransson, Jennifer et al. “Spatiotemporal analysis reveals distinct inflammatory programs underlying chronic colitis.” Immunity vol. 59,6 (2026): 1599-1615.e5. doi:10.1016/j.immuni.2026.04.005
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