哈佛大學團隊通過空間多組學技術揭示人類結核肉芽腫中的炎癥信號空間分布 _健康小知識

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人結核肉芽腫組織、兔結核肉芽腫組織

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1.建立人類肉芽腫中蛋白質表達空間解析圖
作者使用來自多個個體的肺樣本以及來自同一肺不同分化階段的肉芽腫，根據組織學將這些病變分為固體肉芽腫、干酪樣肉芽腫和空洞性肉芽腫，并通過空間蛋白質組學進行分析。首先使用激光顯微切割技術（LCM）分別提取出實性肉芽腫活性組織，干酪樣肉芽腫和空腔肉芽腫的活性組織，以及干酪樣肉芽腫和空腔肉芽腫的壞死組織，然后采用Labelfree方法對這5種樣本的蛋白質組進行分析，共鑒定到4406個蛋白，并以此建立了人類肉芽腫中蛋白質表達的空間解析圖。

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圖1空間蛋白質組學分析肉芽腫蛋白表達圖譜
2.篩選不同肉芽腫樣本中的差異蛋白
作者通過分析肉芽腫的蛋白質組學數據，發現肉芽腫內部的變異遠遠多于肉芽腫亞型之間的變異。 PCA分析及聚類結果表明，無論肉芽腫切除的病變類型如何，其活性區域都聚集在一起，壞死區域同樣如此。接著作者對得到的差異蛋白進行GO和KEGG富集分析，發現具有顯著差異的功能蛋白主要參與炎癥和抗微生物過程。值得注意的是，參與產生促炎二十烷類的蛋白質在壞死區域中也更豐富。此外，代謝花生四烯酸（AA）的蛋白質，包括ALOX5,ALOX5AP和LTA4H ，在壞死組織區域中顯著富集。這些結果表明AA的產物、結核感染期間炎癥的關鍵介質二十烷類可能發揮重要作用。

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圖2不同肉芽腫樣本中差異蛋白的分布情況
【哈佛大學團隊通過空間多組學技術揭示人類結核肉芽腫中的炎癥信號空間分布】3.空間代謝組學檢測肉芽腫AA
作者使用免疫組化（IHC）和共聚焦顯微鏡來定位多個參與含AA溶血磷脂生產的磷脂酶，發現大多數在整個肉芽腫中彌漫性表達。雖然生物合成酶的存在表明它們的最終產物可能會積累，但酶的豐度和其產物可能并不相關。因此作者使用空間代謝組學技術直接測量AA的豐度，對人類活性、干酪性和空洞性肉芽腫中的AA和AA前體進行了成像，發現它們的豐度模式與空間蛋白質組學分析確定的代謝AA的蛋白質表達一致。結果表明，正常肺組織中很少檢測到AA ，但整個肉芽腫中都有AA合成，且在壞死組織邊緣富集。此外，兔活性組織和壞死組織的空間代謝成像顯示了與人類肉芽腫相似的AA分布模式。

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圖3空間代謝組學檢測肉芽腫中AA豐度
4.探究肉芽腫病灶區促炎反應
研究表明AA可以進入促炎或抗炎通路。白三烯A4水解酶(LTA4H)是代謝AA的蛋白質，作為一種促炎二十烷類，其能夠促進炎癥反應的發生，且與TNF-α的產生有關。蛋白質組學結果表明， LTA4H在壞死組織區域顯著富集。 IHC結果顯示，空洞肉芽腫病變組織和干酪肉芽腫病變組織邊緣有較多的LTA4H ，而在實性肉芽腫中幾乎沒有LTA4H 。此外， TNF-α在實體肉芽腫中含量相對較低，但在干酪性肉芽腫和空洞樣肉芽腫的壞死邊緣含量較高。值得注意的是， IHC的結果表明TNF-α與LTA4H具有相似的分布，共定位約為85.3% 。同樣的結果在兔子的實性和干酪性病變樣本中得到了重現。這些結果說明空間LTA4H介導的促炎反應與TNF-α的產生有關。