拉曼光谱技术揭示SARS-CoV-2感染模型中肺泡巨噬细胞的免疫代谢重塑

本研究创新性地采用拉曼光谱技术（Raman spectroscopy）在人类离体精准肺切片模型（PCLS）中无标记表征SARS-CoV-2感染后肺泡巨噬细胞（AMs）的表型可塑性。研究发现delta与omicron变异株感染导致AMs内RNA、甘油三酯（TAGs）及类胡萝卜素水平显著变化，线性判别分析（LDA）模型区分感染与未感染细胞的准确率达83%，为感染免疫研究提供了新型诊断工具。

　　

1 背景

肺泡巨噬细胞（AMs）作为肺部关键先天免疫细胞，在SARS-CoV-2感染中扮演双重角色：既清除病原体又可能促进病毒扩散。传统方法难以在组织微环境中实时监测AMs的动态变化，而拉曼光谱技术凭借其无标记、非侵入性优势，可解析细胞内生化成分的指纹特征。本研究首次将该技术应用于人源离体精准肺切片（PCLS）模型，旨在揭示不同SARS-CoV-2变异株（delta/omicron）感染下AMs的免疫代谢重塑机制。

2 方法

2.1 模型构建

从35岁健康男性供体获取肺组织，经琼脂糖灌注后制备300μm厚PCLS，培养48小时后分别接种5×10⁵ PFU/mL的delta或omicron变异株，未感染组作对照。

2.2 多模态分析

• •

  免疫荧光定位：CD11b标记AMs，SARS-CoV-2刺突蛋白抗体示踪病毒感染，共聚焦显微镜确认AMs定位于肺泡腔（直径20-25μm）。

• •

  拉曼成像：785nm激光激发，60×水浸物镜扫描单个AMs（15细胞/组），空间分辨率0.5μm，获取46,000条光谱。

• •

  数据分析：采用N-FINDR算法生成假彩色图像显示磷脂（绿色）、核酸（蓝色）等分布；PCA-LDA模型基于平均光谱分类。

3 结果

3.1 感染特征验证

免疫荧光显示病毒刺突蛋白与AMs共定位，证实病毒物质内化。omicron组感染2天后干扰素γ（IFN-γ）水平升高，4天后白细胞介素18（IL-18）增加，反映变异株复制周期差异。

3.2 拉曼光谱标志物

• •

  核酸代谢：感染组AMs的RNA特征峰（750-800 cm^-1）强度较对照组显著增强（*p<0.05），提示病毒RNA积累。

• •

  能量重编程：omicron感染组甘油三酯（TAGs，1740 cm^-1）上升伴随葡萄糖（1000-1150 cm^-1）下降，符合M1样表型的"瓦氏效应"代谢转换。

• •

  抗氧化响应：类胡萝卜素特征峰（1510-1520 cm^-1）增强，可能与活性氧（ROS）清除相关。

3.3 分类模型效能

PCA-LDA模型以83%准确率区分感染/未感染AMs，LD1载荷谱与既往体外M1巨噬细胞研究高度吻合，关键差异峰集中于核酸与脂肪酸区域。

4 讨论

4.1 技术突破

拉曼光谱成功捕获AMs在组织微环境中的动态变化，克服了传统方法需标记、破坏样本的局限。delta与omicron变异株诱导的代谢差异（如TAGs/葡萄糖比值）可能反映其不同内体逃逸能力导致的免疫激活时序差异。

4.2 临床意义

该技术为感染免疫研究提供新视角：

• •

  诊断潜力：83%的分类准确率显示其作为无创诊断工具的可行性。

• •

  机制解析：AMs的代谢重编程（糖酵解增强/OXPHOS解偶联）与细胞因子数据相互印证，为靶向免疫代谢的治疗策略提供依据。

4.3 局限与展望

单供体样本限制结论普适性，未来需扩大样本验证个体差异。AMs表型异质性（如M1/M2混合状态）需结合单细胞测序进一步解析。

5 结论

本研究证实拉曼光谱可无标记解析SARS-CoV-2感染中AMs的免疫代谢重塑，其高灵敏度与组织兼容性为感染性疾病研究开辟了新范式。技术框架可扩展至其他病原体-宿主互作研究，具有重要转化医学价值。