空间转录组学揭示人类MASH中区室特异性的代谢与炎症重编程

《Genome Medicine》：Spatial transcriptomics landscape of livers from patients with metabolic dysfunction-associated steatohepatitis

　　

摘要

背景

代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH）的进展涉及实质细胞与非实质细胞之间的异质性反应和协同相互作用。单细胞转录组学推动了我们对细胞异质性的理解，而空间组学则在组织结构内绘制分子特征图谱，使我们能够推断细胞间及配体-受体相互作用，尤其是涉及MASH中巨噬细胞的相互作用。本研究旨在表征肥胖个体中肝细胞、肝星状细胞（HSC）及免疫细胞富集区域的空间解析转录组学改变。我们进一步利用公开的单细胞水平RNA测序数据集和蛋白质分析验证这些特征，并评估其与临床的关联以及减肥手术后的变化。

方法

我们使用GeoMx数字空间分析器对16例处于不同纤维化分期的MASH患者和8例非MASH对照的人肝组织进行了空间转录组学分析。通过免疫荧光引导的病理学注释定义了肝细胞、免疫细胞和HSC富集的兴趣区域（ROIs）。在对空间转录组学数据进行各种生物信息学分析之外，我们还将我们的数据与多个其他公开数据集进行了整合。最后，研究结果在蛋白质水平上得到了进一步验证。

结果

在MASH进展过程中，每个肝ROIs均表现出不同的分子改变。在肝细胞、HSC和免疫细胞富集的ROIs中，细胞色素P450基因显著下调，并与核受体及促炎基因的表达呈负相关。随着MASH纤维化进展，非实质ROIs表现出明显的线粒体功能障碍。配体-受体分析揭示了区域间通讯的破坏（例如，保护性信号的丧失和促纤维化相互作用的增强）。值得注意的是，与MASH相比，IL32在所有三种ROIs类型中均持续上调。除了使用公开的单细胞水平数据集进行验证外，我们鉴定了19个MASH相关基因，其表达与临床及组织学参数相关，并在减肥手术后逆转。在我们分析中鉴定的关键基因中，我们选择性地验证了MASH患者肝脏中CYP1A2、IL32和S100A8/9在蛋白质水平的表达。

结论

我们的结果揭示了人类MASH中区室特异性的代谢和炎症重编程，突出了CYP450抑制、免疫激活、细胞间信号传导中断以及减肥手术后的可逆性，从而提供了治疗意义。