空间蛋白质组学揭示心脏结节病超越肉芽肿的免疫微环境与诊断新策略

《European Heart Journal》：Cardiac sarcoidosis: new insights beyond the granuloma using spatial proteomics

本研究针对心脏结节病(CS)诊断困难、组织学特征稀疏等临床挑战，利用GeoMx Digital Spatial Profiler对64例人类心脏样本进行高plex空间蛋白分析，首次系统刻画了CS肉芽肿异质性、疾病阶段相关的免疫-纤维化动态演变，以及远离肉芽肿区域的特异性蛋白标志物。研究构建的7蛋白诊断模型（HLA-DR、FOXP3、CD25、CD127、CD8、CD56、CD34）在区分无炎症CS组织与对照组时准确率达95.9%，为临床活检诊断提供了突破性工具。

　　

心脏结节病（Cardiac Sarcoidosis, CS）是一种病因未明的多系统炎症性疾病，其心脏受累被视为最严重的临床表现，与心力衰竭、致命性心律失常及高死亡率密切相关。然而，CS的诊断至今仍是临床难题——金标准依赖心内膜心肌活检（Endomyocardial Biopsy, EMB）中发现非干酪样肉芽肿，但由于肉芽肿在心肌中分布稀疏且不均一，EMB的诊断敏感性仅约25%。更棘手的是，许多患者直至猝死或心脏移植时才被确诊，而现有影像学技术（如心脏磁共振或FDG-PET）虽具辅助价值，却受限于敏感性与特异性不足。这一诊断困境直接导致患者错过早期免疫抑制治疗窗口，同时因缺乏动物模型，CS机制研究长期依赖人源组织，但传统技术难以解析存档石蜡样本中的空间生物学信息。

为突破这一瓶颈，Eliot G. Peyster等团队在《European Heart Journal》发表研究，首次将高plex空间蛋白质组学技术（GeoMx Digital Spatial Profiler）应用于64例人类心脏样本（39例CS、25例非CS对照），通过79蛋白面板系统性刻画CS的免疫、纤维化及代谢景观。研究设计聚焦四大关键问题：肉芽肿内/间异质性、疾病阶段动态演变、肉芽肿邻近效应的“距离梯度”，以及无炎症CS组织的特异性诊断标志物。技术核心包括：基于免疫荧光（CD31、Troponin I、Collagen VI、核染色）的组织分区、区域兴趣（ROI）与照明区域（AOI）的数字化分割（心肌细胞、基质、血管区室），以及混合效应模型差异蛋白分析。

肉芽肿呈现显著分子异质性

研究首次发现CS肉芽肿在蛋白表达上存在高度异质性：62%的蛋白在肉芽肿区域方差显著高于非肉芽肿区（P<0.05），且同一患者不同肉芽肿间差异甚至大于患者间差异。关键变异蛋白如CD68（巨噬细胞）、HLA-DR（MHC-II）、CD3（T细胞）等提示肉芽肿可能处于不同激活阶段或“年龄”。

疾病阶段关联免疫-纤维化动态转换

比较早期EMB与终末期移植样本发现，晚期CS心肌细胞呈现促凋亡（BIM↑、Bcl-xL↓）及PI3K/AKT通路抑制，而基质区则富集活化成纤维细胞标志物（FAP-α、SMA）。免疫层面，晚期CS效应T细胞（CD3、CD4）减少，但记忆T细胞（CD45RO）、调节性T细胞（FOXP3）及耗竭标志物（Tim-3、PD-1）增加，印证“燃尽期”CS理论。

肉芽肿邻近区域存在免疫梯度

在无组织学炎症的CS心肌中，距肉芽肿300μm内的“近肉芽肿区”相较于>500μm的“远肉芽肿区”，显示CD11c⁺树突细胞、CD45RO⁺记忆T细胞及HLA-DR表达升高，且基质区IDO-1、CD44等促纤维化介质富集，而心肌细胞区MHC分子与PD-L1上调，揭示肉芽肿通过旁分泌效应塑造微环境。

无炎症CS组织具特异性诊断标志物

即便在无肉芽肿的远隔区域，CS心肌仍可通过7蛋白标志物（HLA-DR、FOXP3、CD25、CD127、CD8、CD56、CD34）与对照组区分，模型ROC曲线下面积达0.993。尤其值得注意的是，FOXP3⁺CD25⁺调节性T细胞在无炎症CS区富集，而CD8⁺细胞毒性T细胞减少，提示Treg可能参与维持免疫稳态；内皮标志物CD34的升高则可能与诱导Treg分化相关。

结论与讨论部分强调，本研究通过空间蛋白质组学揭示了CS超越肉芽肿的广泛心肌重塑：肉芽肿异质性反映了疾病动态本质，疾病阶段转换伴随免疫激活向耗竭/纤维化演变，而“距离梯度”与弥漫性蛋白标志物则证实CS为全身性心肌病变。7蛋白诊断模型突破组织学局限，为临床活检提供新范式——未来通过多标记免疫荧光定量病理学，可显著提升EMB诊断敏感性。研究同时提出科学假说：CS中Treg可能通过CD34介导的机制在无炎症区发挥保护作用，而非传统认为的功能缺陷，这为靶向免疫调节治疗开辟新方向。

本研究不仅是迄今最大规模的心脏空间蛋白质组学分析，更通过“空间意识”实验设计将CS研究推向单细胞微环境层面，为精准诊断与疗法开发奠定基石。