近日，天津医科大学基础医学院蔡志刚教授团队在Cell Reports(IF 7.5)上发表了题为“Single-cell and spatial transcriptomics reveal the pathogenesis of chronic granulomatous disease in a natural model”的研究成果。研究人员通过环境暴露控制，基于Ncf2^−/−小鼠构建了慢性肉芽肿疾病(CGD)模型。这些小鼠在清洁级环境中可自发形成肺部肉芽肿，在病变肺组织呈现显著微生物群落变化，伴随中性粒细胞和单核来源巨噬细胞(MDMs)的浸润。具有促炎转录特征的NOS2高表达中性粒细胞定位于肉芽肿核心区，而外周区MMP12标记的MDMs亚群则呈现促纤维化特征。通过药物抑制巨噬细胞的迁移抑制因子(MIF)、缺失促生存基因Morrbid或敲除Il1r1基因，均可通过减轻炎症有效抑制肉芽肿形成。该研究不仅构建了基于环境控制的天然的小鼠CGD模型，阐明了肉芽肿形成的细胞及分子机制，更为开发有效治疗策略提供了科学依据。本研究采用真迈生物的高分辨率空间芯片技术和寻因生物的SeekSpace单细胞空间转录组技术，对样本进行空间分辨率的基因表达谱分析。

慢性肉芽肿病(CGD)是由NOX2氧化酶亚基基因(如CYBB, CYBA, NCF1, NCF2和NCF4等)及组装相关基因CYBC1的功能缺失突变引起，导致中性粒细胞等先天免疫细胞活性氧(ROS)生成缺陷，患者易反复发生细菌/真菌感染，尤其是致死性肺部感染。此外，ROS的减少也扰乱了炎症反应，引起诸如肉芽肿形成、炎症性肠病和系统性红斑狼疮等过度炎症的并发症。CGD的核心机制涉及髓系细胞异常聚集及促炎因子(TNF-α、IL-1等)过度表达，现有靶向TNF-α/IL-1的免疫调节疗法虽有效但副作用大。其他研究已揭示巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)可以通过MAPK/PI3K/NF-κB通路加剧炎症，而MIF在CGD中的作用研究较少。此外，长链非编码RNA—Morrbid通过抑制促凋亡蛋白Bim延缓中性粒细胞凋亡，导致髓系细胞过度存活和炎症持续。那么，靶向抑制MIF或敲除Morrbid可能成为调控CGD过度炎症的新策略，为优化基因治疗/移植疗效提供理论支持。

通过单核级别空间转录组技术(SeekSpace)完成了对照小鼠和CGD模型小鼠肺部组织切片的测序分析，结果显示：

2. 巨噬细胞关键作用：特异性巨噬细胞亚群Mac1定位于肉芽肿边缘，同时高表达M1标志物(Nos2)、M2标志物(Arg1)及细胞外基质(ECM)重塑基因(Mmp12、和Fn1)，提示其兼具促炎与促纤维化功能。

3. 纤维化机制：肉芽肿外周成纤维细胞高表达ECM成分基因(Col1a1、Col4a1、Fn1)及调控因子Timp1，Masson染色证实肺部胶原纤维显著沉积，表明ECM异常重构是肉芽肿形成的重要环节。

4. 2种技术验证：空间转录组数据与单细胞测序结果一致，结合RCTD算法精准定位细胞类型，揭示肉芽肿不同区域的细胞协同作用，为靶向干预提供空间分子基础。

图1 2种空间转录组学平台解析CGD肉芽肿结构特

此外，基于BMKMANU S1000空间转录组平台及RCTD算法，联合单细胞测序数据，解析小鼠肺部病变的空间细胞分布。CGD模型小鼠的肉芽肿核心区：以单细胞测序鉴定的Neu6中性粒细胞亚群为主，高表达促炎相关基因(Nos2、Mif、Il1a/Il1b)，驱动局部炎症。肉芽肿外周区：以Mac1巨噬细胞和活化的成纤维细胞为主，Mac1巨噬细胞同时表达M1标志物(Nos2)、M2标志物(Arg1)及促纤维化基因(Mmp12和Fn1)，兼具促炎与促纤维化功能。Neu6中性粒细胞主导肉芽肿核心炎症，外周Mac1巨噬细胞与成纤维细胞协同促进纤维化包囊形成，揭示肉芽肿病变中炎症-纤维化协同演进的分子空间特征。

CGD模型小鼠外周血(PB)、脾脏(SP)及骨髓(BM)中观察到髓系细胞显著积累与淋巴细胞减少，提示造血异常。

CGD小鼠造血系统在促炎因子及复杂转录网络驱动下，发生髓系偏倚性重塑，表现为髓系扩增与非髓系造血抑制。

图2 Morbid基因缺陷可减轻CGD小鼠的全身炎症和髓系细胞偏倚