纳米X射线荧光技术揭示肺纤维化组织中钙锌硫铁代谢异常：慢性肺疾病研究新视角

本研究利用同步辐射纳米X射线荧光(nano-XRF)技术，首次在特发性肺纤维化(IPF)患者组织中发现了Zn/Ca纳米簇(750 nm)和Fe-S复合体(650 nm)的特异性沉积，揭示了金属代谢异常与纤维化进程的潜在关联，为慢性肺疾病的元素病理学研究提供了创新方法学框架。

　　

在慢性呼吸系统疾病领域，特发性肺纤维化(IPF)始终是困扰医学界的难题——这种以进行性肺组织瘢痕化为特征的疾病，患者中位生存期仅3年。尽管已知环境污染物(如臭氧O₃、重金属颗粒)与IPF发病相关，但关于这些物质如何在细胞层面引发纤维化的分子机制仍存在巨大认知空白。更棘手的是，传统病理学技术难以捕捉纳米尺度的元素分布变化，而这可能是理解疾病发生的关键线索。

来自瑞典MAX IV实验室和隆德大学的研究团队在《Cell Communication and Signaling》发表突破性成果。研究人员开创性地将同步辐射纳米X射线荧光(nano-XRF)技术应用于肺组织研究，以100 nm空间分辨率绘制了IPF患者的元素分布图谱。这项技术如同给细胞装上了"元素显微镜"，首次发现IPF组织中存在直径750 nm的锌-钙(Zn-Ca)纳米簇和650 nm的铁-硫(Fe-S)复合体，这些特殊结构在健康组织中完全缺失。更引人注目的是，Fe-S复合体与线粒体活性氧(ROS)产生密切相关，为解释IPF的氧化应激机制提供了直接证据。

研究团队建立了独特的技术路线：从人类IPF患者和博来霉素诱导的大鼠纤维化模型获取组织样本，通过甲基蓝染色定位病理区域后，在MAX IV实验室的NanoMAX光束线站进行10 keV X射线扫描，使用硅漂移探测器记录元素荧光信号。关键创新在于对比了常温超薄切片与冷冻切片的制备方法，确保检测结果的可靠性。

【Anthracosis的异质性金属涂层】

扫描发现IPF肺实质中碳沉积区域(anthracosis)存在铝(Al)、铬(Cr)等15种元素的共沉积，这些污染物可能通过持续刺激加剧纤维化进程。

【锌钙纳米簇的特征】

在IPF样本中检测到ng/mm²级的高浓度Zn-Ca簇，通过图像分割分析显示其直径集中于750 nm，这种特异性沉积模式提示金属离子可能参与病理性钙信号传导或基质重塑。

【铁硫复合体的生物学意义】

Fe-S共定位结构显示0.72的皮尔逊相关系数，显著高于健康组织的0.06。透射电镜观察到类似线粒体铁硫簇的致密颗粒，这些能量代谢相关结构的异常可能是ROS过量产生的源头。

【动物模型的元素差异】

博来霉素大鼠模型呈现高S/Zn/Ca但低Fe的特征，说明人类IPF特有的Fe-S病理现象可能涉及更复杂的物种特异性调控机制。

这项研究建立了纳米尺度元素病理学分析的新范式。IPF特异的Zn-Ca/Fe-S纳米结构为疾病诊断提供了潜在生物标志物，其空间分布特征暗示金属离子代谢紊乱可能是纤维化发展的"分子开关"。特别值得注意的是，Fe-S复合体与线粒体功能障碍的关联为开发靶向抗氧化疗法开辟了新思路。技术层面，研究证实nano-XRF能突破传统病理学的分辨率极限，未来结合LA-ICP-MS等多组学技术，有望绘制更完整的"元素-分子"互作网络。这些发现不仅对IPF，对尘肺、石棉肺等环境相关肺病研究同样具有重要启示意义。