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Cell绘制多发性硬化症的单细胞空间图谱全世界大约有180万人患有多发性硬化症（MS）。这是一种复杂的神经系统疾病，病因至今不明。当疾病发生时，人体的免疫细胞会攻击形成髓磷脂的细胞，也就是少突胶质细胞。没有了髓磷脂，神经细胞之间的信号传递就会减慢，导致感觉异常和动作笨拙等症状。 以往的单细胞分析虽然提供了病理学方面的见解，但几乎都依赖于在疾病晚期收集的组织，这阻碍了人们对疾病演变过程的了解。随着单细胞测序技术的兴起，研究人员开始对人类MS组织以及最常用的小鼠模型（实验性自身免疫性脑脊髓炎EAE）中的各种细胞进行分析。胶质细胞表现出与疾病相关的状态，但其具体作用仍不清楚。 为此，瑞典卡罗林斯卡医学院和斯德哥尔摩大学的研究人员利用原位测序方法，在细胞水平上描绘了多发性硬化症的病变是如何发展的。这项研究成果于2024年3月20日发表在《Cell》杂志上。空间转录组学的先驱、斯德哥尔摩大学的Mats Nilsson教授是文章的通讯作者之一。 EAE演变的时空细胞动态 研究人员诱导了EAE小鼠模型，在不同时间点采集了中枢神经系统不同部位的样本。他们采用原位测序（ISS）方法，基于239个标志物开展单细胞空间表达谱分析。他们发现，髓磷脂特异性T细胞以上升的方式逐渐浸润脊髓，从而引发从尾椎到大脑的多灶病变形成。在小鼠出现症状后，免疫浸润增加。在高峰期，急性炎症扩散到整个脊髓实质，且少突胶质细胞减少。之后，炎症部分消退，晚期EAE切片中的免疫浸润区域开始出现胶质细胞。 之后，他们利用在不同炎症环境下形成的细胞景观对EAE病理进行注释。通过对23种细胞类型进行邻域分析，他们发现中枢神经系统中形成了五个不同的病理区室，标志着从早期到复杂的EAE病变（图1）。 在出现轻度炎症时，大脑免疫浸润区（bIIC）产生，包含疾病相关的胶质细胞。在EAE高峰期的腰椎样本中，病变显示出最复杂的结构，包括三个独特的区室。他们将其分为病变核心区（LCC）、病变边缘区（LRC）和病变周围区（PLC）。在LCC中，单核细胞和树突状细胞的丰度最高。晚期EAE的消退病灶形成了一个独特的晚期病灶区（LLC），主要包括疾病相关的小胶质细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞。
图1. 病理区室的分布和细胞组成 EAE病变以离心方式演变 通过分析病理区室的分布，研究人员提出了EAE脊髓病变的离心演变过程（图2）。主要包括以下步骤：(1) 免疫细胞浸润，(2) PLC形成，集中了外周免疫细胞和疾病相关胶质细胞（病变I期），(3) 发展为双复合病变，PLC随着炎症加重转变为LRC（病变II期），(4) 形成多复合病变，LCC位于病变中心，周围是LRC，最外层是PLC（病变III期），以及(5) 炎症消退，晚期病变形成，主要由疾病相关胶质细胞组成（病变IV期）。
图2. 活动性EAE病变以离心方式演变 接下来，研究人员深入探索了疾病相关胶质细胞的转录特征及其空间分布。让人惊讶的是，他们发现EAE高峰期腰椎切片中的大多数神经胶质细胞都是疾病相关的。这些细胞也非常丰富，遍布颈椎和胸椎区域的实质组织，表明疾病相关状态的诱导与病变负荷无关。他们的数据支持这样一种观点，即疾病相关胶质细胞状态的诱导与病变的形成虽相互关联，但可以独立发生。 神经胶质细胞的空间偏好 研究人员接着利用10x Genomics的Xenium原位分析平台来分析六个人类颈椎脊髓切片中的266个基因，包括两个对照和四个多发性硬化症样本，这些样本带有病理学注释的活动性病变或非活动性病变。通过细胞分型，他们确定了27个细胞群。一些细胞类型表现出预期的空间偏好。单核细胞在小鼠脊髓中表现出空间偏好，在人类样本中也同样如此。尽管非活动性病变在神经病理学上看起来是均质的，但原位测序分辨出几个亚区，提高了多发性硬化症病变描述的精确度。 最后，他们分析了多发性硬化症中星形胶质细胞和少突胶质细胞的状态。他们将星形胶质细胞分为三类：平衡型、中间型和疾病相关型。平衡型是对照样本中的主要状态，但在活动性样本中也有保留。相比之下，非活动性样本几乎完全由疾病相关星形胶质细胞组成，周围病变区域受影响最大。因此，人类星形胶质细胞可能在局部获得疾病相关转录特征，而与MS病理无关。疾病相关少突胶质细胞的丰度低于星形胶质细胞，尤其是在非活动性样本中。这些结果与小鼠的观察结果一致，表明小鼠EAE和人类多发性硬化症的病理特征是共同的。 作者指出，在过去三十年，多发性硬化症的治疗取得了重大进展，改善了复发-缓解型患者的预后，但在治疗进展型患者方面仍存在挑战。这项研究深入揭示了多发性硬化症疾病演变的动态过程，揭开了疾病演变过程中的神经病理机制，并有望揭示治疗的新靶点。 原文检索 Cellular architecture of evolving neuroinflammatory lesions and multiple sclerosis pathology |
