基于空间转录组学的成人皮肌炎癌症相关免疫-基质微环境研究

主要作者与发表信息

该研究由Ksenia S. Anufrieva、Neda Shahriari、Ce Gao等学者共同完成，通讯作者为Kevin Wei（哈佛医学院布里格姆妇女医院）。研究团队来自布里格姆妇女医院、哈佛医学院、博德研究所、麻省大学陈医学院等多家顶级研究机构。论文于2026年发表在《Nature Communications》期刊上。

研究背景

成人型皮肌炎（dermatomyositis, DM）是一种罕见的自身免疫性炎症性肌病，以特征性皮肤表现和与恶性肿瘤的强相关性为重要临床特点。该疾病的终生癌症风险约为7%至30%，恶性肿瘤诊断常发生于皮肌炎发病前后三年内。尽管已知抗转录中间因子-γ（TIF1γ）和抗核基质蛋白-2（NXP-2）抗体与癌症风险增加相关，但皮肌炎中癌症关联的分子和细胞特征尚不清楚。

传统组织病理学评估虽能识别界面性皮炎、血管周围淋巴细胞浸润和黏蛋白沉积等基本特征，但无法精确描述免疫浸润的组织结构、分子程序及其与血管结构的空间关系。近年来，单细胞和空间转录组学技术为全面解析复杂组织微环境提供了革命性工具。为填补这一知识空白，研究团队对成人型皮肌炎皮肤进行了全面的多组学整合分析，并以皮肤型红斑狼疮（cutaneous lupus erythematosus, CLE）作为疾病对照组，以区分共享的炎症通路和皮肌炎特异性致病机制。

研究流程与方法

该研究采用了三种互补的高通量技术平台。首先，利用Chromium单细胞基因表达Flex技术对44份样本进行了单细胞转录组测序，涵盖22例皮肌炎患者、9例皮肤型红斑狼疮患者、8例非皮损样本和6例健康对照。其次，使用Xenium Prime 5K高分辨率空间转录组学对19份活检样本（12例DM皮损、4例CLE皮损、3例健康对照）进行了空间基因表达定位分析。第三，采用CODEX多重抗体成像技术在蛋白水平验证了关键发现，所用抗体组合可识别9种主要细胞类型。

数据分析方面，研究团队使用Seurat v5进行单细胞数据预处理，包括双细胞去除（scDblFinder）和环境RNA校正（SoupX）。通过Harmony进行批次效应校正后，基于Leiden算法进行细胞聚类，鉴定出16种主要细胞状态。空间分析采用HoodscanR识别细胞邻域，通过HDBSCAN聚类和Bray-Curtis相异度分析定义了四种免疫微环境原型。研究还使用MOFA（多细胞因子分析）进行跨细胞类型的转录程序整合分析，并使用sccomp进行差异丰度分析。

主要研究发现

（1）皮肌炎与皮肤型红斑狼疮的共同与独特特征：两种疾病均表现出强烈的干扰素应答特征，但皮肌炎独特地显示IFN-β表达，其主要细胞来源为CXCL10阳性髓系细胞。CLE则以TLR/IRAK信号通路激活为特征，浆细胞样树突状细胞（pDC）丰度显著高于皮肌炎。此外，中性粒细胞浸润被鉴定为皮肌炎的特异性特征，在CLE皮损中几乎完全缺失，而朗格汉斯细胞在CLE中则近乎耗竭。

（2）皮肌炎免疫组成的双模式分化：基于Bray-Curtis相异度分析，免疫细胞比例是第一主坐标（解释44.73%变异），而患者的癌症状态作为独立的第二主坐标，解释15.25%的组成变异。非癌症相关皮肌炎显示显著的固有免疫富集特征，包括成熟调节性树突状细胞（mregDC）、活化调节性T细胞（Treg）、中性粒细胞、单核细胞和CXCL10阳性树突状细胞。癌症相关皮肌炎则以适应性免疫为主导，表现为B细胞、浆细胞和细胞毒性CD8阳性T细胞增加。

（3）免疫微环境的独特空间组织：在非癌症相关皮肌炎中，密集的免疫聚集体位于表皮-真皮交界处，富含CXCL10阳性髓系细胞群，包括中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞，IL1B和CXCL10表达升高。此类微环境还表现出PD-L1阳性mregDC与活化Treg的特异性共定位，Treg显示TNFRSF18、TNFRSF4、NFKB2和NFKBIA表达上调。相反，癌症相关皮肌炎显示出两种免疫组织模式：大部分为类似健康组织的稀疏免疫浸润伴血管结构保留，少数病例则呈现有组织的淋巴样聚集体，特征为密集的B细胞核心，周围环绕CXCL13阳性的外周辅助T细胞，相邻CD4和CD8阳性T细胞区域，以及外周浆细胞分布。

（4）血管重塑与基质微环境改变：非癌症相关皮肌炎的免疫微环境伴随显著的血管和基质重塑。内皮细胞和成纤维细胞显示缺氧诱导基因（HIF1A、PKM、NOS3、PGK1）和炎症介质（CXCL10、CXCL9、CXCL11）的显著上调。最关键的发现是血管相关成纤维细胞标志物（ABCA8、ABCA9、ABCA10、C7、C3）的表达近乎完全丧失。体外实验证实，缺氧是驱动该成纤维细胞身份丧失的主要因素，而非细胞因子刺激。同时，内皮顶端细胞和增殖性内皮细胞增加，提示活跃的血管生成性重塑。

（5）MOFA多细胞因子分析揭示：因子1作为主要变异来源，包含大量干扰素应答基因并与免疫浸润程度强相关，但与癌症状态无关。因子4则与皮肌炎的癌症关联状态显著相关，在髓系细胞和成纤维细胞中解释约8%的基因表达变异，在内皮细胞中解释约6%。

研究结论与意义

该研究首次在细胞和分子水平清晰区分了癌症相关与非癌症相关皮肌炎的免疫微环境特征。非癌症相关皮肌炎表现出由CXCL10阳性髓系细胞主导的密集免疫浸润，伴随血管周围基质重塑、血管相关成纤维细胞身份丧失和局部组织缺氧。癌症相关皮肌炎则呈现稀疏的免疫浸润模式，部分病例形成三级淋巴结构样聚集，保留了血管结构和血管相关成纤维细胞。

这一发现为皮肌炎的临床分层提供了新的理论基础。当前癌症筛查指南导致许多患者接受广泛且重复的筛查检查，增加了医疗成本和患者焦虑。基于皮肤活检的免疫微环境特征分析可能有助于早期风险分层，指导更精准的癌症筛查策略。

研究亮点

本研究的突出创新在于：（1）采用高分辨率空间转录组学联合单细胞测序和多重蛋白成像的三重整合策略，完整保留了组织空间信息；（2）首次描述皮肌炎中免疫微环境的四种空间原型，揭示癌症状态是独立于免疫浸润程度的第二变异维度；（3）发现血管相关成纤维细胞的身份丧失由缺氧驱动，为皮肌炎血管病变提供了新的机制解释；（4）鉴定出PD-L1阳性mregDC与活化Treg的免疫调节对，为非癌症相关皮肌炎的免疫微环境特征提供了新的细胞交互视角；（5）明确IFN-β的髓系表达是皮肌炎区别于皮肤型红斑狼疮的特征性分子标记。研究数据已存储在GEO（GSE334588）和Zenodo公共数据库中，可供进一步研究使用。