新闻动态 当前所在位置: 首页 >> 新闻动态 >> 正文

附属同济医院杨长青团队:单细胞多组学联合活体显微成像 揭示药物性肝损伤进程中的免疫代谢景观

发布时间:2024-02-21 10:22:40 点击次数:

药物性肝损伤(Drug-induced liver injury, DILI)是最常见的严重药物不良反应,也是全球范围内导致急性肝衰竭的首要原因。近年来,由于中药、抗生素、抗肿瘤药物的广泛使用,我国DILI疾病负担严重。解热镇痛药——对乙酰氨基酚(acetaminophen, APAP)所引起的肝损伤(APAP-induced liver injury, AILI)DILI的一种常见类型,严重者需进行肝移植、甚至死亡。N-乙酰半胱氨酸是目前临床上唯一批准用于APAP过量的药物,然而其使用严重受限于治疗时间窗,凸显了在临床实践中开发替代或更有效治疗选择的迫切需求,因此深入探究AILI进展核心机制、寻找其他潜在药物干预靶点具有重要的临床意义。

线粒体损伤、氧化应激及炎症反应是AILI进展的核心机制。N-乙酰半胱氨酸通过缓解氧化应激反应减轻肝损伤,但新近研究数据显示,调控“肝细胞外”免疫炎症反应可显著增加N-乙酰半胱氨酸的治疗获益。以往的AILI研究侧重探讨“肝细胞内”的损伤机制,而对肝脏炎症微环境中的细胞互作知之甚少,而这可能是AILI进展至急性肝衰竭的关键因素,因此,对AILI微环境进行全面且高分辨率的细胞表征可能有助于发现新的药物干预靶点。

214日,bevitor伟德附属同济医院消化内科主任杨长青教授团队在国际权威期刊Advanced Science(中科院一区TopIF 15.1)以Research Article形式在线发表了题为“Myeloid-Mas Signaling Modulates Pathogenic Crosstalk among MYC+CD63+ Endothelial Cells, MMP12+ Macrophages and Monocytes in Acetaminophen-Induced Liver Injury”的论文,首次对进展期AILI的免疫代谢微环境进行了单细胞层面的多维度解析,揭示了髓系Mas信号调控微环境中细胞间互作的关键分子机制,显著拓展了对AILI进展的理解,为未来发现新型药物干预靶点提供了方向。


Mas是由原癌基因Mas1编码的G蛋白偶联受体,其天然配体为血管紧张素(1-7),后者是“抗炎型”肾素-血管紧张素系统的重要效应分子,激活Mas已被证明具有改善脂质代谢紊乱、抗炎、抗氧化等多重有益效应。杨长青团队前期在国际上首次以超高时空分辨率实现肝损伤进程中哺乳动物活体肝脏内连续数小时的毫秒级高速持续观测,深度揭示了Mas信号在肝损伤进程中的关键地位及核心机制,为药物干预新靶点的开发提供了重要的数据支持 (Chen et al. J Hepatol. 2023)。由于Mas在组织内广泛表达,探究不同细胞的Mas信号在AILI进程中的作用,对未来的新药开发具有重要意义。杨长青团队的最新研究通过采用多种前沿技术和方法,包括单细胞RNA测序(Single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)、空间转录组学(Spatial transcriptomics, ST)、多重荧光免疫组化(Multiplex immunohistochemistry, mIHC)及活体成像,对Mas1基因敲除小鼠中AILI的免疫代谢景观进行了高分辨率细胞层面的表征。

研究方法示意

随后通过构建多种细胞特异性Mas1基因敲除小鼠(LysMcreMas1f/f, AlbcreMas1f/f, Cdh5creMas1f/f, LratcreMas1f/f and Cd4creMas1f/f)及使用单细胞多组学分析,进一步确定了髓系Mas信号在驱动AILI进展中的重要作用。

髓系Mas是驱动“病理性”AILI微环境形成的关键因素

ScRNA-seqST是革命性的技术,促进了对复杂微环境中细胞组成、生理学以及细胞间相互作用的研究。然而,细胞功能和行为构成了一个精妙的微观世界,其中细胞和细胞器的运动、可塑性、相互作用和迁移持续高速变化,超越了ScRNA-seqST及传统显微镜的适用范围。例如,小鼠免疫细胞的数量及运动在损伤后随时间显著变化,对静态样本的分析可能无法完美揭示隐藏在时间维度中的生物学奥秘。DAOSLIMIT (Digital Adaptive Optics Scanning Lightfield Mutual Iterative Tomography)是由清华大学自动化系历经三年攻关研制的新型扫描光场显微镜,将以毫秒级活体三维连续观测时长从数分钟提高到小时级,活体成像时空分辨率提升两个数量级,光毒性降低三个数量级,为揭示哺乳动物活体多细胞、多细胞器间的相互作用提供了全新路径(Wu et al. Cell. 2021)。通过将ScRNA-seqSTDAOSLIMIT相结合,满足了对体内进行长时间、高速三维亚细胞观测的需求。在该研究中,利用这一框架在活体小鼠的肝脏中观测到CD63+内皮细胞和Ly6C+单核细胞之间存在持续互作,为随后对微环境进行深入研究提供了重要基础。值得注意的是,由内皮细胞亚群、巨噬细胞亚群和单核细胞组成的特征性微环境也通过DAOSLIMIT活体亚细胞长时程动态成像技术在小鼠活体肝脏内进行直接观测。

视频A截图:活体小鼠肝脏中观测到CD63+内皮细胞与Ly6C+单核细胞之间存在持续互作;视频B截图:DAOSLIMIT观测活体小鼠肝内由内皮细胞亚群,库普弗细胞和单核细胞组成的特征性微环境

此外,AILI小鼠模型中所发现的,由髓系Mas信号所驱动的、独特的免疫代谢微环境,在DILI相关急性肝衰竭患者的肝脏样本中得到完美映射。应用k-means算法进行无监督聚类,通过微环境特征识别晚期DILI的概率为83.33%


k-means算法进行无监督聚类,通过微环境特征识别晚期DILI的概率为83.33%

该研究为针对AILI的靶向治疗策略提供了新的见解,未来治疗策略应该基于特定的细胞类型和关键代谢途径。同时,通过将单细胞测序、空间转录组和DAOSLIMIT活体亚细胞长时程动态成像技术结合,这一研究为复杂病理生理微环境下哺乳动物多细胞间互作提供了一个全新的研究范式,有力证实了小鼠活体原位观测免疫细胞行为是揭示复杂免疫过程和了解疾病发病机制的有效方法。


研究机制图

伟德国际博士生陈帅、清华大学自动化系博士后卢志、上海交通大学伟德国际博士生赵宇栋和bevitor伟德附属同济医院夏璐医师为该论文的共同第一作者,杨长青、中山大学附属第七医院王菲教授和bevitor伟德附属同济医院消化内科李婧副教授为共同通讯作者。bevitor伟德附属同济医院为论文的第一及通讯作者单位。该研究获得国家自然科学基金重点项目(No.818201008006, U22A20275)、上海市卫生健康委员会“展两翼”重点学科建设项目(No. SHSLCZDZK06801)及上海市科委自然科学基金原创探索类项目(No.21ZR1481600)等的支持。


Copyright  伟德国际·BETVlCTOR官网|年度十大最佳平台 版权所有 All Rights Reserved