原位流式质谱成像多重表征型糖尿病病人的 [复制链接]

文献精读

再帕尔·阿不力孜科研团队第24期

中国医学科学院药物研究所

天然药物活性物质与功能国家重点实验室

文献整理：张锦指导教师：贺玖明

背景介绍

1

胰腺是个非常复杂的器官，它由内分泌细胞、外分泌细胞、基质细胞以及错综复杂的血管和神经网络组成。胰岛细胞团中内分泌细胞的功能与糖尿病的发生发展密切相关，在Ι型糖尿病（T1D）中免疫细胞和产生胰岛素的内分泌细胞—β细胞的相互作用导致β细胞功能的丧失和对外源性胰岛素给药的依赖性。大量的研究提出了T1D发病机制模型,遗传与环境因素相互作用引起特异性自身免疫反应破坏β细胞所致，主要由人类白细胞抗原（HLA）基因座驱动，并结合环境因子（如病*，细菌，药物等）触发，导致β细胞自身免疫。阐明在T1D不同发病阶段过程中细胞和蛋白的显著改变，是了解该疾病并获得最佳治疗方案的关键。

实验设计

2

该研究通过糖尿病胰腺器官捐献者网络（nPOD）和人类胰腺分析计划（HPAP）收集了18例健康人的胰腺组织以及不同发病阶段的1型糖尿病患者的胰腺组织，并将其样本分成四组：健康对照（n=6）；2年糖尿病患病年限（T1D2；n=4）；5至11年糖尿病病程（T1D11；n=5）；和大于21年的持续时间（T1D21；n=3）。本研究建立了一组33种抗体的组合，可以对关键细胞类型及其细胞中蛋白的表达水平等进行多重表征，包括胰腺外分泌细胞，胰岛细胞，免疫细胞和基质成细胞，进而对不同T1D患病时间病人的胰腺组织进行了流式质谱成像分析，进一步对胰岛结构、内分泌细胞组成、免疫细胞浸润及其细胞内蛋白表达水平的显著改变实现可视化表征。

实验结果

3

1.T1D进展期间胰岛结构的变化

首先，本研究表征了胰岛的形态特征并进行了量化，发现在具有不同疾病持续时间的样本中胰岛的大小形态、血管密度、胰岛周围胶原蛋白的分布均发生了显著改变。随着患病时间的延长，胰岛大小逐渐减少，并且呈“不规则”形态，β细胞的数量急剧减少，T1D21的胰腺样本PP细胞显著增高。同时评估了胰岛内血管密度的变化，结果显示与对照组相比T1D2的组织样本中血管面积显著减少。T1D的发病机制还涉及细胞外基质(ECM)的变化,因此本研究通过分析I型胶原蛋白的丰度和分布来研究ECM降解的程度。在对照组织中，大多数胰岛被胶原蛋白包围，相比之下，来自T1D病人组织中胰岛周围的胶原蛋白发生明显降解。考虑到胰岛分布的潜在区域异质性，分别对胰腺组织头、体、尾区域进行比较量化分析，如图1。

图1

2.T1D进展期间胰腺内分泌细胞和免疫细胞组成的变化

该研究量化了胰腺中内分泌细胞的比例，与对照组相比，所有T1D样本均显示β细胞百分比显著降低，并且β细胞的比例与相应病人的血液样本中C肽水平呈正相关。相反，与对照组相比，所有T1D样本的α细胞比例均增加。对于免疫细胞丰度变化的考察，主要量化了五个免疫细胞亚群，包括胰腺切片中的B细胞，CD4+T细胞，CD8+T细胞，巨噬细胞和NK细胞，按疾病持续时间分组。分别对胰岛附近及其远端的免疫细胞密度进行了细致考察。总体而言，与远端区域相比，近端区域的免疫细胞密度更高，但两个区域显示出相似的免疫细胞轮廓特征。巨噬细胞是健康对照组和T1D疾病组胰腺中存在的主要免疫细胞。另一方面，在所有胰腺组织中，B细胞和NK细胞通常具有低丰度。在近端区域，与对照组相比，T1D2供体组CD4+T细胞、巨噬细胞、NK细胞的密度显着增加。与对照组相比，CD8+T细胞在T1D11组织样本中也显著富集。在远端区域，与对照组相比T1D21的NK细胞数量显著增加，如图2。免疫细胞的空间分布支持它们在T1D发病过程中的不同作用。

图2

3.T1D进展期间胰腺上皮细胞内蛋白水平表达的变化

基于平均蛋白质表达值对组织样本中的上皮细胞类型进行分层聚类。无论样本分组如何，所有细胞都按类型聚类。接下来