《Nature Metabolism》：Imaging mass cytometry reveals functional and immunological changes during type 1 diabetes progression in human pancreata
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1型糖尿病（T1D）的发病机制，特别是在自身抗体阳性的临床前阶段，仍然知之甚少，部分原因是可用样本有限。在此，研究人员展示了来自88位器官捐赠者（包括28名单自身抗体阳性和10名多自身抗体阳性捐赠者）的胰腺样本的成像质谱流式（IMC）数据。研究人员使用79种抗
1型糖尿病（T1D）的发病机制，特别是在自身抗体阳性的临床前阶段，仍然知之甚少，部分原因是可用样本有限。在此，研究人员展示了来自88位器官捐赠者（包括28名单自身抗体阳性和10名多自身抗体阳性捐赠者）的胰腺样本的成像质谱流式（IMC）数据。研究人员使用79种抗体对1600万个单细胞进行了成像，以表征β细胞状态和胰岛-免疫界面，并对相关协变量进行了校正。研究人员发现了促炎性巨噬细胞与耗竭样（PD1+TIM3+）T细胞之间的相互作用。这些相互作用是早期疾病和具有胰岛炎特征的胰岛的特征，表明巨噬细胞在疾病发展中起着关键作用。β细胞在临床前疾病中表现出胰岛淀粉样多肽（IAPP）的丢失、具有胰岛炎特征的干扰素（IFN）特征，并且在疾病样本中相对于对照组，测量的三种内质网（ER）应激标志物没有增加。多种免疫细胞亚型与年轻年龄和胰岛炎相关，可能导致年轻患者更严重的疾病严重程度。这些数据提供了一个描述早期1型糖尿病进展的资源，并揭示了在广泛的β细胞损失之前的潜在临床可操作特征。
本研究发表于《Nature Metabolism》，聚焦于1型糖尿病（T1D）临床前阶段的发病机制这一核心科学问题。尽管已知T1D是由自身免疫反应导致胰岛β细胞选择性破坏引起的，但在自身抗体已经出现但尚未出现临床症状的阶段，胰岛微环境中免疫细胞和β细胞究竟发生了哪些具体变化，长期以来缺乏大规模、高维度的直接证据。既往研究受限于样本可及性和技术手段，难以全面解析人类胰岛在疾病极早期的细胞表型与空间互作特征。为此，研究人员利用nPOD生物样本库的资源，开展了一项针对T1D全疾病谱系的跨截面研究，旨在通过高维空间蛋白质组学技术，绘制疾病进展过程中的细胞动态图谱，识别早期干预的潜在靶点。
为实现上述目标，研究人员采用了几项关键技术方法。首先，构建了涵盖T1D各阶段的大型人类胰腺组织队列，包括单自身抗体阳性、多自身抗体阳性、近期发病和长期病程的捐赠者及健康对照。其次，应用了高参数成像质谱流式（IMC）技术，通过设计两套共79种金属标记抗体的组合，对同一组织切片进行连续染色和高分辨率成像，实现了单细胞水平的空间多组学分析。此外，研究结合了严格的图像分割算法、单细胞聚类注释、伪时间轨迹推断以及空间邻域分析等生物信息学方法，对超过1600万个细胞的表型和空间分布进行了系统性量化。
高度多重的人T1D样本成像
通过对胰岛抗体面板数据的分析，研究人员确认了样本队列在年龄、性别和BMI等关键协变量上匹配良好。IMC技术成功实现了对胰岛内分泌细胞和外分泌细胞以及浸润免疫细胞的精确区分与定位，为后续的定量比较奠定了基础。
β细胞和功能β细胞标志物在疾病进展过程中丢失
研究发现在多自身抗体阳性阶段，β细胞中胰岛淀粉样多肽（IAPP）的表达即开始显著下调，早于胰岛素（INS）及其前体的丢失。同时，β细胞的主要组织相容性复合体I类分子（MHC-I）表达水平逐渐升高。值得注意的是，在临床前阶段，β细胞内质网应激标志物并未呈现预期的上调趋势，提示β细胞功能退化可能独立于经典的内质网应激通路。
MHC-I、MHC-II和其他IFN应答标志物在胰岛细胞及免疫细胞浸润中上调
随着疾病进展，不仅β细胞，其他胰岛细胞也出现了MHC-I和MHC-II的上调。这种上调与T细胞的浸润密切相关，且在具有胰岛炎特征的胰岛中尤为显著。这表明干扰素驱动的炎症反应是导致抗原呈递分子异常表达的重要机制。
免疫细胞类型在疾病进展过程中密度发生变化
免疫细胞浸润是一个渐进过程。从临床前阶段开始，髓系细胞、B细胞、自然杀伤细胞和T细胞的密度逐渐增加。研究人员开发的“浸润评分”进一步证实，这些细胞不仅在数量上增加，而且与胰岛边缘的距离缩短，呈现出向胰岛募集的趋势。
PD1+CD4+ T细胞和耗竭样CD8+ T细胞在早期T1D胰岛炎症中富集
在T细胞亚群分析中，研究人员在早期疾病阶段的胰岛及胰岛周围组织中，鉴定出大量表达PD1的活化CD4+ T细胞以及同时高表达PD1、TIM3、颗粒酶B且具有耗竭样表型的效应CD8+ T细胞。这些细胞的浸润程度与β细胞MHC分子的表达水平高度相关，提示它们可能参与了针对β细胞的免疫攻击，但同时也处于功能耗竭状态。
胰岛周围巨噬细胞呈M1极化
研究特别关注了髓系细胞，发现位于胰岛周围的巨噬细胞表现出明显的M1样促炎极化特征，高表达HLA-DR、CD54等分子。这些活化的巨噬细胞与耗竭样T细胞在空间上紧密相邻，暗示二者之间存在活跃的相互作用，可能在启动和维持局部炎症中发挥关键作用。
空间、进展和年龄相关免疫细胞基序的识别
通过比较不同年龄组，研究发现年轻捐赠者的胰岛炎浸润结构中富含B细胞和初始CD8+ T细胞，形成三级淋巴样结构样特征；而所有年龄段均存在由耗竭样T细胞和M1样巨噬细胞构成的共同浸润模式。此外，年轻个体特有的高表达STING的CD11c+巨噬细胞亚群，可能与年龄相关的疾病严重程度差异有关。
在讨论部分，研究人员指出，本研究首次在人类T1D全疾病谱中，以单细胞分辨率揭示了临床发病前胰岛微环境的深刻变化。核心结论包括：IAPP的丢失是β细胞功能障碍的早期敏感指标；干扰素信号通路的激活和MHC分子的异常表达早于广泛的内质网应激；巨噬细胞与耗竭样T细胞在胰岛边缘的相互作用是驱动疾病早期进展的关键免疫事件。这些发现不仅修正了对T1D早期病理生理学的传统认知，也为开发针对临床前阶段的新型诊断标志物和治疗策略提供了明确的细胞靶点和理论依据。
