从“看见”到“理解”:空间单细胞蛋白组如何解析组织微环境?

在肿瘤免疫微环境研究中,研究者常常面临一个关键问题:

仅仅知道组织中有哪些细胞,是否足以解释疾病进展、治疗响应或耐药机制?

答案往往是否定的。

同样是T细胞,它可能处于浸润、活化、杀伤、组织驻留、耗竭或干样状态;同样是巨噬细胞,也可能表现为炎症反应、免疫抑制、组织重塑或代谢重编程等不同功能表型。肿瘤细胞本身同样具有高度异质性,可能在不同空间区域呈现增殖、缺氧、凋亡、免疫逃逸或代谢适应等不同状态。

因此,在复杂组织微环境中,真正具有解释力的信息并不只是"有哪些细胞",而是进一步回答:

这些细胞在哪里?处于什么状态?正在发挥什么功能?又与哪些邻近细胞发生相互作用?

细胞类型之外,细胞状态和空间关系同样关键

近期一项关于胶质母细胞瘤溶瘤病毒治疗的研究,为空间组学如何揭示治疗后免疫反应提供了很好的示例。研究者联合使用空间单细胞蛋白组PCF(CODEX)与Xenium空间转录组技术,分析单次溶瘤病毒治疗后肿瘤组织中的免疫微环境变化。

研究通过观察不同治疗后时间点的肿瘤切片中,我们可以清晰地观察到一种高度有序的空间模式:当T细胞高表达颗粒酶B(绿色)时,其周围的星形胶质细胞区域中cleaved Caspase-3信号(白色)显著增强。这种"功能T细胞-凋亡肿瘤细胞"的空间配对并非随机分布,而是形成了明确的免疫杀伤微域。

PCF(CODEX)技术 核心优势体现:

  1. 多参数原位共检测:传统免疫组化或免疫荧光受限于通道数,难以同时捕捉T细胞身份、功能状态、靶细胞凋亡及组织背景。PCF技术突破了这一瓶颈,实现了多种标志物在同一张组织切片上的单细胞分辨率共定位,避免了多片拼接带来的空间信息失真。
  2. 空间关系的定量可视化:该图不仅告诉我们"肿瘤中有T细胞",更重要的是通过精确的空间坐标信息,展示了"具备细胞毒功能的T细胞(GZMB⁺)与凋亡肿瘤细胞(cleaved Caspase-3⁺)之间存在显著的空间邻近性"。这种"谁在哪里、在做什么"的空间逻辑,是流式细胞术或 bulk 测序完全无法提供的。
  3. 临床相关性的空间基础:正是这种单细胞级别的空间距离测量,使研究者得以发现T细胞-肿瘤细胞的空间邻近程度与患者无进展生存相关。PCF技术将抽象的"免疫浸润"转化为可量化的空间参数,为疗效预测提供了新的生物标志物维度。
  4. 跨时间尺度的动态监测:从治疗后15天到801天的样本均呈现出相似的空间模式,提示这种T细胞介导的杀伤结构是溶瘤病毒治疗后免疫应答的持续性特征,而非一过性事件。

这类研究提示我们:

空间组学的核心价值不只是细胞分型,而是在组织原位背景下理解细胞状态、功能活动和细胞间相互作用。

PCF80:面向复杂组织微环境的高维空间 单细胞 蛋白组

在此基础上, PCF80进一步围绕复杂组织微环境中的关键生物学过程进行设计,覆盖免疫细胞谱系、T细胞功能状态、B细胞/TLS相关反应、髓系细胞异质性、肿瘤细胞表型、基质重塑、血管/淋巴管结构、细胞增殖、缺氧、代谢重编程和细胞命运调控等多个维度。

它的价值并不只是"检测指标更多",而是通过更完整的标志物组合,让研究者能够在同一张组织切片上同时观察:

细胞类型、细胞状态、空间位置和潜在功能关系。

例如,在肿瘤免疫研究中,PCF80不仅可以识别CD8⁺ T细胞、CD4⁺ T细胞、B细胞、巨噬细胞、肿瘤细胞、CAF和血管相关细胞,还可以结合Granzyme B、IFNγ、PD-1、LAG3、TOX、FOXP3、Arginase-1、SPP1、Ki67、HIF1α、Glut-1、GPX4等功能指标,进一步判断细胞是否处于杀伤、活化、耗竭、免疫抑制、增殖、缺氧或代谢重编程状态。

因此,PCF80更适合帮助研究者从以下几个层面开展分析:

第一,识别细胞组成

在组织原位区分肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞及血管/淋巴管相关结构,构建组织微环境的细胞组成图谱。

第二,刻画细胞状态

在细胞类型识别的基础上,进一步解析T细胞活化与耗竭、巨噬细胞免疫抑制、肿瘤细胞增殖与缺氧、CAF基质重塑等功能状态。

第三,理解空间互作

结合细胞邻域分析、距离分析和共定位分析,观察细胞毒性T细胞是否进入肿瘤实质、TAM是否聚集于免疫抑制区域、CAF是否形成空间屏障、TLS样结构是否与B细胞和T细胞的组织化分布相关。

第四,关联疾病机制与治疗响应

通过空间维度上的细胞状态解析,帮助研究者发现可能与免疫治疗响应、耐药、复发、转移或预后相关的微环境特征。

总结

PCF空间单细胞蛋白组的研究价值,在于将组织原位结构、单细胞分辨率和高维蛋白检测结合起来,使研究者能够从细胞类型识别进一步走向细胞状态、功能活动和空间互作关系的解析。

PCF80则在这一技术基础上,围绕肿瘤免疫微环境和复杂组织生态系统中的关键生物学过程,提供更加系统的蛋白标志物覆盖。它能够帮助研究者在同一组织切片中同时观察免疫、肿瘤、基质、血管、代谢和细胞命运等多个维度,为理解疾病机制、解析治疗响应和挖掘空间生物标志物提供更完整的空间蛋白组学工具。

参考文献:

Meylan M, Tian Y, Wu L, Ling AL, Kovarsky D, Barlow GL, Nguyen LD, Pyrdol J, Marx S, Westphal L, Michel J, Gonzalez Castro LN, Dumont S, Santos A, Tirosh I, Suvà ML, Chiocca EA, Wucherpfennig KW. Persistent T cell activation and cytotoxicity against glioblastoma following single oncolytic virus treatment in a clinical trial. Cell. 2026 Mar 5;189(5):1287-1304.e18. doi: 10.1016/j.cell.2025.12.055. Epub 2026 Feb 11. PMID: 41679299; PMCID: PMC12912775.