摘要：结节病（Sarcoidosis）是一种较为常见的免疫失调导致的炎性疾病，受累器官可以是皮肤，也可以是肺脏等其它与环境密切接触的脏器。在皮肤组织，其表现形式可以是红斑、狼疮、斑疹、斑块、或皮下结节等常见生理组织异常特征，而在肺部则表现为肺结节（通过X光片可见或初

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2025年05月22日 14:31四川

结节病（Sarcoidosis）是一种较为常见的免疫失调导致的炎性疾病，受累器官可以是皮肤，也可以是肺脏等其它与环境密切接触的脏器。在皮肤组织，其表现形式可以是红斑、狼疮、斑疹、斑块、或皮下结节等常见生理组织异常特征，而在肺部则表现为肺结节（通过X光片可见或初步判别）。在组织病理学上，结节病表征为“肉芽肿”（Granuloma）这一特定病理结构的形成。虽然肉芽肿或结节组织在我们的机体内可能无时无刻都在形成，但长期以来我们对“肉芽肿”特殊病理结构形成的工作机制一直缺乏系统而缜密的研究手段和解析方法。鉴于肺部肉芽肿形成的后期高级形式是肺组织纤维化，肺部肉芽肿形成也能为了解肺纤维化的形成提供思路。除此之外，更为重要的是，目前抑制“肉芽肿”（Granuloma）形成的生物干预或药物干预手段十分有限。比如，一类罹患罕见遗传性疾病“慢性肉芽肿疾病” （Chronic Granulomatous Disease, CGD）的患者，只能通过骨髓移植或基因治疗的方法进行治疗，然而所有这些手段仍然面临疗效不够理想，或治疗手段过于复杂的问题，其根源在于我们对该疾病或病理组织结构的了解不够深入和系统。

近日，天津医科大学基础医学院蔡志刚教授课题组在Cell Reports期刊了发表了题为Single-Cell and spatial transcriptomics reveal the pathogenesis of chronic granulomatous disease in a natural model的研究论文。

在前期研究中，作者关注到一类髓系特异基因NCF2, 其编码的蛋白NCF2是NADPH氧化酶复合体2（NADPH OXIDASE 2, NOX2）的重要成员之一，参与吞噬细胞的呼吸爆发进而杀灭细菌。通过构建环境依赖的NCF2基因敲除小鼠模型（NCF2-KO），研究者首先“意外”发现NCF2-KO突变体小鼠形成慢性肉芽肿疾病必须依赖于一定的“病原屏障拆除环境”，即让其适当暴露于一定的病原环境（病原隔绝的屏障定义为，Specific Pathogen Free环境, SPF; 屏障拆除环境定义为，没有空气清洁过滤，即我们普通人每天呼吸的正常空气环境，Clean环境， CL）。其次，通过联合“普通单细胞技术”和“空间单细胞”前沿技术及反卷积等计算生物学方法（干实验和湿实验结合），该研究揭示肺部慢性肉芽肿特殊结构的形成特征事件不仅涉及到中性粒细胞异常，也包括巨噬细胞的过度激活。最后，基于对四个场景的（WT_SPF, KO_SPF, WT_CL, KO_CL）普通单细胞和空间单细胞的联合和对比分析，作者还挖掘到了三种均与炎症调控相关的干预策略，即（1）靶向白介素1的IL1R1信号通路干预，（2）靶向髓系迁移免疫调控MIF通路的干预，以及（3）靶向髓系特异并与髓系细胞存活周期相关的长链非编码RNA（long noncoding RNA, lncRNA）MORRBID的干预。

蔡志刚教授课题组长期聚焦于血液学和免疫学前沿，关注“克隆性造血和免疫调控的关联”，同时结合分子细胞生物学和遗传学及计算生物学等手段（干实验-湿实验结合）探索髓系免疫在造血和肿瘤免疫中的功能和分子机制。在本论文的前期研究中，蔡志刚教授课题组于2022年报道通过人工智能和机器学习的方法（Discover Oncology-2022），甄选到4个急性单核髓系白血病相关的分子标志物：LILRB4, LRRC25, NCF2, RAB31。其中，蔡志刚教授课题组在同期Cell Reports上报道了其团队关于髓系细胞特异膜蛋白免疫靶点LRRC25的研究，并揭示LRRC25具有参与肿瘤生物治疗的医学转化价值。

图1

为进一步延续其团队前期“人工智能+数据挖掘”的工作（Discover Oncology-2022），研究者首先构建了NCF2敲除小鼠（NCF2-KO）观察其是否有生理异常表型。如前所述，研究者最初仅仅习惯性把该KO小鼠“规规矩矩”地饲养在SPF免疫屏障环境，然而研究者未能观察到明显生理异常。考虑到NCF2关联的慢性肉芽肿患者所呼吸的就是正常的空气而非过滤的空气，作者转变思路让部分小鼠饲养在没有空气过滤的房间（即上文所定义的Clean环境，CL），仅仅在8周左右，研究者就惊讶发现类似“组织肿块”的形成出现在肺组织（图1）。持续观察发现，所有在Clean环境饲养的NCF2-KO小鼠均活不过5个月（肺阻塞休克有关），而在SPF环境饲养的NCF2-KO小鼠可长期存活，类似于WT小鼠。

在这明显肺肉芽肿表型的基础上，研究者通过联合“普通单细胞技术”和“空间单细胞技术”对肺肉芽肿的形成机制进行组学辅助的“暴力拆解”（图2）。其中普通单细胞技术已经有了长达10年的发展，而正真单细胞水平的空间转录组技术则是于近1-2年才有所突破。值得欣喜的是，在空间转录组上，作者用到两款国产平台，分别为北京寻因生物科技公司的SeekSpace（真实的单细胞空间转录组）和青岛百迈客生物科技公司的BMKMANU S1000。两个平台均生动地揭示了肺肉芽肿形成的空间特征和对肺纤维化形成的影响。另从技术方法的角度看，同时联合“普通单细胞技术”和“空间单细胞技术”均优于仅仅使用其中一种方法。

图2

在该研究中，研究者没有停步于技术方法的创新和惊喜之中，而是进一步开展了针对该肺部的疾病生物干预和药物干预研究（图3）。作者发现有三个炎症调控相关信号通路异常激活。通过构建NCF2-KO;IL1R1-KO双突变体，作者发现慢性肉芽肿的形成得到明显缓解。通过MIF抑制剂的治疗，该动物模型的疾病表型也得到缓解。尤为重要的是，该课题组前期鉴定到一类髓系特异的lncRNA MORRBID参与了克隆性造血和髓系白血病的发生（Cell Stem Cell-2018; Cell ReportS-2020; Blood Advances-2020; JCI-2021）。这些前期研究启发作者提出以下猜想:靶向lncRNA MORRBID是否有利于缓解慢性肉芽肿的形成？通过构建MORRBID-KO;IL1R1-KO双突变体，作者发现慢性肉芽肿的形成也得到明显缓解，证实未来可以通过构建针对MORRBID的反义寡聚核苷酸（Anti-Sense Oligo, ASO）药物，参与治疗或干预髓系白血病或一般性炎性疾病。

图3

天津医科大学基础医学院博士研究生余涵知为论文的第一作者（于2024年暑期答辩）。蔡志刚课题组骨干成员董阁博士（讲师）是本研究的共同通讯作者。本研究署名作者还包括蔡志刚教授课题其它多名成员张国荣，刘菁菁，马云曦等。天津总医院赵子龙教授及团队成员马田瑞参与了研究，并得到中国生物科技初创公司北京寻因生物科技公司、深圳真迈生物技术公司和青岛百迈客生物科技公司的协助。通过致谢方式，该研究得到国内同行在气道微生物组研究等方面的协助。

来源：营养和医学