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[交流]
中性粒细胞:免疫研究的黄金靶点与单细胞多组学研究策略
一、中性粒细胞生物学背景与研究价值
中性粒细胞作为外周血中含量最丰富的固有免疫细胞,是机体抵御病原体入侵的第一道防线。传统认知中,中性粒细胞被视作一类同质化、短寿命的效应细胞,主要负责快速趋化至感染部位,通过脱颗粒、产生活性氧、形成中性粒细胞胞外诱捕网等方式清除病原微生物。随着肿瘤免疫、炎症生物学的持续进展,研究者逐渐意识到中性粒细胞具备高度的异质性。在肿瘤微环境中,肿瘤相关中性粒细胞(TAN)可以分化为促肿瘤或者抑肿瘤的不同亚群,参与肿瘤增殖、侵袭、免疫抑制等过程;在慢性感染、自身免疫病中,中性粒细胞的持续活化同样驱动炎症级联反应,是疾病进展的关键推手。
中性粒细胞本身具有极易活化、体外操作过程中容易破碎凋亡的生物学特性,这为样本检测带来不小挑战。常规 bulk 水平检测会掩盖细胞亚群之间的差异,仅能获取群体平均信号,无法解析不同亚群的蛋白与基因表达特征。因此,结合多因子蛋白检测与单细胞多组学技术,对中性粒细胞进行多维度表征,已经成为当前免疫、肿瘤、感染领域的主流研究方案。
二、中性粒细胞研究核心蛋白标志物体系
(1)标志物的功能分类与研究意义
中性粒细胞的研究需要一套分层的蛋白指标组合,从细胞迁移、活化状态、免疫功能到亚群鉴定,实现对细胞表型的完整刻画。
① 黏附趋化相关标志物。CD11b、CD11c、CD18、CD62L、CXCR1 与 CXCR2,这类分子主导中性粒细胞与血管内皮的黏附,调控细胞向炎症灶、肿瘤组织的趋化浸润,是评价中性粒细胞迁移能力的核心标记,广泛用于炎症与肿瘤微环境浸润机制研究。
② 活化成熟标记。CD16、CD66b、CD35、CD10、MPO,用于判定中性粒细胞的成熟阶段与活化程度。MPO 作为颗粒核心功能蛋白,是中性粒细胞身份识别的经典标志物,而 CD66b 的上调往往提示细胞脱颗粒活化。
③ 免疫调控与杀伤相关指标。PD-L1、CD47、TNF-α、IL-8、IL-6,这类分子参与免疫检查调控与炎症因子释放,中性粒细胞分泌的细胞因子能够放大局部炎症,同时 PD-L1、CD47 可以介导免疫逃逸,和肿瘤、慢性炎症的疾病进展密切相关。
④ 肿瘤相关标志物。CD177、Arg1、MMP9、CXCL5,多用于 TAN 表型区分。Arg1 可以抑制 T 细胞免疫应答,MMP9 参与细胞外基质重塑,助力肿瘤侵袭转移,是筛选肿瘤免疫靶点的重要标志物。
⑤ 炎症感染相关标记。CD64、TLR2/TLR4、CD14,属于模式识别受体与活化标记,在细菌感染等刺激下表达上调,参与抗感染免疫识别与炎症激活。
⑥ 亚群分型关键蛋白。人源样本可采用 CD33、CD11b⁺CD62L⁻,小鼠样本常用 Ly6G,依靠这些标志物界定中性粒细胞不同亚群,支撑细胞异质性的深度挖掘。
(2)多因子蛋白检测技术的应用
针对中性粒细胞分泌型细胞因子与膜蛋白的批量定量,Luminex、MSD 多因子检测平台得到广泛使用。Luminex 基于微球流式编码技术,可以在同一份样本中一次性定量多种蛋白分子,适合批量检测血清、细胞上清内 IL-6、IL-8、TNF-α 等炎症因子。MSD 电化学发光平台灵敏度更高,动态范围宽,对于低丰度的免疫调控蛋白有更好检出效果。两类技术都属于群体水平的蛋白定量,适合批量样本初筛,但是无法区分信号来自哪一类细胞,这也是后续单细胞技术需要补充解决的短板。
三、单细胞多组学技术赋能中性粒细胞异质性研究
(1)单细胞测序的核心优势
传统 bulk 测序会混合全部细胞的核酸信息,中性粒细胞亚群的特异性信号容易被大量背景信号掩盖。单细胞测序技术可以在单个细胞层面,同步捕获 mRNA 转录信息与蛋白表达信息,解决转录组数据和蛋白表达数据脱节这一长期存在的痛点。整套检测无需拆分样本分别开展转录与蛋白检测,一次实验即可获得多组学信息,极大节约样本与实验周期,适配细胞异质性解析、新标志物筛选等研究方向。
(1)样本处理体系优化。中性粒细胞离体后极易自发活化、发生裂解,对样本前处理要求严苛。LabEx 单细胞平台针对该特点建立标准化的样本制备流程,利用特异性抗体富集目标细胞,采用低损伤建库方案,高效捕获外周血稀有亚群以及肿瘤组织浸润中性粒细胞,降低细胞损失,保障最终测序数据完整可靠。
(2)三大单细胞技术平台的适用场景。单细胞转录组测序(scRNA-seq)用于单细胞水平全 mRNA 表达谱检测,绘制中性粒细胞转录图谱,挖掘分化、活化相关基因;单细胞蛋白检测 Ab-seq,可同时检测蛋白与基因表达,现有 panel 包含人 249 个、小鼠 219 个蛋白对应的抗体,并且支持定制化 panel 拓展,实现蛋白层面的表型精细分群;单细胞免疫组库测序,富集 TCR/BCR 基因测序,用于免疫组库多样性解析,同时可搭配多蛋白标志物联合检测。
(2)不同研究领域的应用场景
在肿瘤免疫方向,单细胞多组学可以解析 TAN 促瘤、抑瘤亚群之间的异质性,挖掘亚群专属蛋白标志物,为免疫治疗靶点筛选提供直接实验证据。在炎症与感染领域,能够追踪中性粒细胞活化动态,解析感染刺激下基因与蛋白表达时序变化,阐释急性、慢性炎症发病机制。在造血发育方向,可以绘制中性粒细胞分化轨迹,筛选调控分化的关键蛋白与基因,解析造血发育异常相关机制。
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