单细胞多组学揭示手术应激下肝脏无菌性炎症的免疫-代谢回路
本文是对2026年发表于《JCI Insight》的一项临床前研究的解读，属科研资讯分享，不构成任何诊疗建议。这篇工作把单细胞多组学玩得挺溜——从空间转录组到代谢组学，一步步拆解肝脏缺血再灌注损伤里中性粒细胞和枯否细胞之间的对话。最抓人的是找到了TSP-1/CD36这条信号轴，还用药理抑制验证了干预潜力，值得做免疫代谢和移植方向的朋友细读。
期刊：JCI Insight（IF: 6.8，Q1）
发表时间：2026年9月22日
原文标题：Integrated single-cell multiomics reveals neutrophil-driven immune-metabolic reprogramming of Kupffer cells via thrombospondin-1/CD36 after surgical stress.
翻译标题：单细胞多组学揭示手术应激下肝脏无菌性炎症的免疫-代谢回路
研究设计：整合单细胞多组学（scRNA-seq、空间转录组、光谱流式、代谢组学）的机制性研究，结合小鼠模型、人类肝移植数据验证及药理学干预
样本量：小鼠scRNA-seq共分析38,317个细胞（CD45+免疫细胞33,986个）；空间转录组sham组4,769个spots、I/R组4,912个spots；人类数据集GSE171539
主要结局：在小鼠I/R模型中，TSP-1/CD36轴驱动KC代谢重编程（OXPHOS抑制、糖酵解和鞘脂代谢增强），药理学抑制TSP-1显著降低血清ALT（P<0.0001）
全文技术路线图
01 研究背景与科学问题
手术应激是围手术期器官损伤的重要驱动因素，其中肝脏缺血/再灌注（I/R）损伤是肝移植、肝切除等手术中常见的并发症，严重影响患者预后。I/R损伤的核心机制之一是无菌性炎症——缺血后的血流恢复会触发剧烈的免疫反应，导致肝细胞坏死和器官功能障碍 [Introduction]。然而，既往研究多聚焦于单个免疫细胞亚群或单一信号通路，缺乏对I/R后肝脏免疫微环境整体重塑的系统性认知。
一个关键的科学问题是：在手术应激下，不同免疫细胞如何在空间上组织、通过何种分子信号相互通讯，进而驱动无菌性炎症的放大？特别是肝脏驻留的枯否细胞（KC）与大量浸润的中性粒细胞之间，是否存在特异性的相互作用轴？本研究正是基于这一空白，采用整合单细胞多组学策略，系统解析肝脏I/R后的免疫-代谢重塑 [Introduction]。
02 数据来源与方法
本研究采用多层次的实验设计。动物模型方面，使用8-12周龄雄性C57BL/6小鼠，通过夹闭左叶和中叶肝蒂60分钟、再灌注6小时构建肝脏I/R模型，以假手术组（sham）为对照 [Methods]。研究整合了四类核心技术：高维光谱流式细胞术（FACS分选CD45+免疫细胞）、单细胞RNA测序（scRNA-seq，共分析38,317个细胞）、空间转录组（sham组4,769个spots，I/R组4,912个spots）以及非靶向代谢组学 [Fig 1A]。
在数据分析层面，研究运用FlowSOM聚类、Harmony批次校正、CellChat细胞通讯分析、MISTy空间依赖性分析等多种生信工具。为验证临床相关性，研究者还利用了公开的人类肝移植scRNA-seq数据集（GSE171539），比较获取前（PP）与再灌注后（PR）的免疫细胞转录变化。最后，通过药理学实验——在缺血后立即腹腔注射TSP-1抑制剂LSKL肽（30 mg/kg）——验证了TSP-1/CD36轴的致病作用 [Methods]。
03 研究结果：从免疫微环境重塑到TSP-1/CD36信号轴的机制验证
本研究通过整合单细胞多组学，系统描绘了肝脏I/R后免疫微环境的时空重塑，锁定中性粒细胞-枯否细胞间TSP-1/CD36信号轴为核心机制，并在细胞、空间、代谢和药理学层面完成了从发现到验证的完整证据链。
板块1｜I/R后肝脏免疫微环境发生空间组织化的重塑，中性粒细胞在坏死区富集而KC减少
结果1｜I/R后肝脏免疫细胞组成显著重塑，中性粒细胞和浸润单核细胞显著扩增，而B细胞和巨噬细胞（包括KC）减少
作者采用整合单细胞多组学策略，在小鼠肝脏缺血/再灌注（I/R）模型中（夹闭肝蒂60分钟、再灌注6小时），结合高维光谱流式细胞术与scRNA-seq分析了CD45+免疫细胞（共33,986个免疫细胞）的组成变化。流式分析显示，I/R后中性粒细胞和Ly6C+浸润单核细胞的比例显著增加（P<0.05），而B细胞和巨噬细胞（包括Kupffer细胞）的比例则显著降低；scRNA-seq数据进一步证实了这一趋势，I/R组中性粒细胞亚群显著扩增，而KC和B细胞亚群相应缩减。这一结果说明手术应激引发的无菌性炎症以中性粒细胞的快速动员和浸润为主要特征，同时伴随肝脏常驻巨噬细胞——KC的减少，提示I/R损伤打破了肝脏免疫稳态，为后续探究各免疫细胞亚群的功能重塑和空间重排奠定了基础。
Figure 1 这张综合示意图展示了研究设计流程（A）、流式细胞术和scRNA-seq揭示的免疫细胞组成变化（B-F）以及空间转录组的组织分区和细胞类型空间分布（G-I）。读图时，先看A了解整体实验流程，再看B-F关注I/R后中性粒细胞和单核细胞比例显著增加、B细胞和巨噬细胞（含KC）减少的趋势，最后看G-I理解空间转录组的分区与细胞分布。核心信息是I/R打破了肝脏免疫稳态，中性粒细胞大量浸润而KC减少，为后续机制研究奠定基础。该图作为研究设计和方法学总览，为全文提供了实验框架和数据质量依据。
结果2｜中性粒细胞在I/R后富集于坏死区，而KC和单核细胞则被排除在坏死区之外
在明确免疫细胞组成改变的基础上，作者进一步利用空间转录组技术（每组2张切片，I/R组共4,912个spots）解析了免疫细胞在肝组织中的空间分布。通过基于Cyp2f2和Cyp2e1表达界定肝小叶分区后，空间散点饼图显示：在I/R肝脏中，中性粒细胞高度富集于坏死周围区，而KC和单核细胞则在坏死区明显缺失，呈现相互排斥的空间分布格局。这一空间组织化的重塑说明，I/R损伤后中性粒细胞的募集并非均匀分布，而是定向聚集于损伤最严重的坏死区域；相反，常驻KC从坏死区消失或被排除，可能反映其在损伤微环境中的死亡、迁移或表型转变。这一"中性粒细胞占据坏死区、KC退避"的空间格局，为后续发现中性粒细胞与KC之间可能存在的远距离或边界区域细胞通讯提供了关键的空间线索。
板块2｜I/R后KC和中性粒细胞分别呈现炎症激活与代谢抑制/炎症激活的转录特征，且空间分布互补
结果3｜I/R后KC表现出炎症激活与代谢抑制，OXPHOS通路下调而糖酵解和鞘脂代谢上调
作者在小鼠肝脏I/R模型（夹闭肝蒂60分钟、再灌注6小时）中，通过scRNA-seq对KC亚群进行深入解析，发现I/R相关KC（主要为MARCO+亚群）相较于sham组呈现显著的转录重塑。火山图显示这些KC上调了Marco、Cd14、Cd36、Vcam1、S100a8、S100a9等炎症相关基因，同时下调了线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）相关基因；GO和KEGG通路富集分析进一步证实，I/R相关KC中OXPHOS通路被显著抑制，而糖酵解和鞘脂代谢通路则明显富集。作者结合非靶向代谢组学验证，发现I/R后KC中己糖神经酰胺（HexCer）水平显著积累，提示鞘脂代谢异常活跃。这一"炎症激活伴随代谢抑制"的转录特征，与前述免疫细胞组成重塑（结果1-2）相呼应，表明KC在I/R后不仅数量减少，其功能状态也发生了从氧化代谢向糖酵解/鞘脂代谢的深刻转变，为后续揭示中性粒细胞-KC间信号轴驱动代谢重编程埋下伏笔。空间转录组分析同时显示，I/R后KC从坏死区消失，而中性粒细胞则在坏死区高度富集，二者空间分布呈互补格局。
Figure 2 这张图包含UMAP图、火山图、通路富集图和空间转录组图，展示了KC和中性粒细胞在I/R后的转录变化。读图时，先看A和F的UMAP图了解亚群结构，再看B和G的火山图关注上调的炎症基因（如Marco、Cd36、S100a8等）和下调的OXPHOS基因，最后看E和J的空间分布图。核心信息是I/R相关KC呈现炎症激活伴代谢抑制（OXPHOS下调、糖酵解和鞘脂代谢上调），而中性粒细胞呈炎症激活状态，且两者空间分布互补。该图直接支撑结果3，揭示了KC和中性粒细胞的功能重塑，为后续TSP-1/CD36信号轴的发现提供基础。
板块3｜中性粒细胞与KC之间的TSP-1/CD36信号轴是I/R后选择性增强的关键通讯机制，并在蛋白和人类水平得到验证
结果4｜中性粒细胞来源的TSP-1与KC上的CD36相互作用是I/R后最显著上调的细胞间通讯轴
作者利用CellChat对scRNA-seq数据进行细胞间通讯分析，发现I/R后肝脏免疫微环境的整体通讯强度和预测相互作用数量均显著增加。在众多配体-受体对中，THBS信号通路是I/R后上调最为显著的信号通路，其中TSP-1/CD36配体-受体对在中性粒细胞→KC的通讯方向上特异性增强，而其他细胞类型间的通讯未见同等程度的变化。点图分析显示，Thbs1主要在中性粒细胞和单核细胞中表达，而Cd36在KC中高表达，二者在表达模式上形成互补。这一结果说明，I/R损伤选择性强化了中性粒细胞与KC之间的TSP-1/CD36信号轴，为后续功能验证和空间定位提供了明确的分子靶点。
Figure 3 这张图包含CellChat通讯图、柱状图、气泡图、点图、Western blot、ELISA、流式图和小提琴图，是核心证据图。读图时，先看A-C理解I/R后中性粒细胞→KC通讯增强且THBS信号通路最显著上调，再看D确认Thbs1在中性粒细胞和单核细胞中表达、Cd36在KC中高表达，最后看E-H的蛋白和人类数据验证。核心信息是TSP-1/CD36是I/R后选择性增强的中性粒细胞-KC通讯轴，并在蛋白水平和人类肝移植数据中得到验证。该图直接支撑结果4、5、6，确立了TSP-1/CD36轴作为关键机制，是全文的核心证据。
结果5｜TSP-1和CD36在蛋白水平表达上调
在转录组水平确认TSP-1/CD36轴富集后，作者进一步在蛋白水平进行验证。Western blot结果显示，I/R小鼠肝脏组织中TSP-1和CD36蛋白表达均较sham组显著增加；ELISA检测发现血清TSP-1水平在I/R后显著升高（P<0.01）；流式细胞术分析显示CD36+ KC的频率也显著增加（P<0.01）。这些多维度蛋白层面的证据与scRNA-seq的转录结果相互印证，表明TSP-1/CD36信号轴不仅在转录水平上调，其功能性蛋白产物的表达也同步增强，进一步支持该信号轴在I/R后中性粒细胞-KC通讯中的关键地位。
结果6｜人类肝移植数据验证了TSP-1/CD36轴的保守性
为评估该信号轴在人类中的保守性，作者分析了公开的人类肝移植scRNA-seq数据集（GSE171539），比较获取前（PP）与再灌注后（PR）患者样本中相关基因的表达。结果显示，再灌注后中性粒细胞中THBS1的表达以及KC中CD36的表达均显著高于获取前水平，与小鼠模型中的发现一致。这一跨物种的验证表明，TSP-1/CD36信号轴并非小鼠特有的现象，而是保守存在于人类的肝脏I/R损伤中，提示该通路可能具有临床转化价值，可作为手术应激相关肝损伤的潜在干预靶点。
板块4｜空间转录组证实中性粒细胞-KC相互作用增强，且TSP-1/CD36信号在坏死区周围形成空间梯度
结果7｜空间转录组证实I/R后中性粒细胞与KC在坏死区共定位增强，THBS信号从坏死区向外辐射
为验证CellChat预测的中性粒细胞-KC通讯增强是否真实反映在组织空间结构上，作者对sham和I/R小鼠肝脏切片（每组2张，分别含4,769和4,912个spots）进行了空间转录组分析。通过联合评估KC和中性粒细胞标记基因的表达，作者发现sham肝脏中两者呈弥散均匀分布，而I/R后中性粒细胞与KC的联合表达分数显著升高（score>0.4），表明两者在坏死区周围形成共定位富集。MISTy空间依赖性分析进一步显示，I/R后中性粒细胞与KC在Intra（同一spot内）、Juxta（紧邻）和Para（扩展邻域）三个空间尺度上的依赖性均增强，其中以Juxta层面的增强最为明显，提示两者存在直接的邻近相互作用。在配体-受体空间分布层面，作者观察到Thbs1与中性粒细胞标记S100a8共定位，而Cd36与KC标记Clec4f共定位，且这种共定位在I/R后显著增强。通过UMAP对空间spots进行聚类，作者鉴定出12个细胞类型niche，其中中性粒细胞富集的niche在I/R后严格局限于坏死区，而KC则从坏死区消失。CellChat的空间可视化进一步显示，THBS信号通路的强度在I/R肝脏中从坏死区向外呈放射状梯度分布，为TSP-1/CD36轴的空间组织化信号传导提供了直接的组织学证据。该结果在空间维度上证实了前述细胞通讯分析的发现，将中性粒细胞来源的TSP-1与KC表面CD36的相互作用锚定在坏死区周围这一特定的组织微环境中，为后续解析该信号轴驱动的KC代谢重编程奠定了空间基础。
Figure 4 这张图包含空间分布图、小提琴图、热图、UMAP图和点图，提供了空间维度的证据。读图时，先看A和B关注I/R后KC和中性粒细胞联合表达分数显著升高（score>0.4），再看C的MISTy热图理解三个空间尺度（Intra、Juxta、Para）的依赖性增强，最后看D-G的共定位和THBS信号空间分布。核心信息是I/R后中性粒细胞与KC在坏死区共定位增强，Thbs1与中性粒细胞标记共定位、Cd36与KC标记共定位，THBS信号从坏死区向外辐射形成空间梯度。该图直接支撑结果7，将细胞通讯分析从'预测'升级为'空间验证'，是文章的重要加分项。
板块5｜TSP-1/CD36信号驱动KC代谢重编程（鞘脂积累、OXPHOS抑制），且药理学抑制TSP-1可减轻肝损伤
结果8｜I/R后KC代谢谱重塑，HexCer积累、鞘脂代谢增强、OXPHOS抑制，且与CD36信号相关
作者对分选的KC进行了非靶向代谢组学分析，PCA显示I/R组与sham组KC的代谢谱显著分离，其中己糖神经酰胺（HexCer）水平在I/R后显著积累（P<0.05）。KEGG富集分析进一步揭示，I/R相关KC中鞘脂代谢通路显著增强，而TCA循环和氧化磷酸化（OXPHOS）通路被抑制；scRNA-seq的代谢通路活性评分同样证实，I/R相关KC的糖酵解和脂质代谢上调、OXPHOS下调。这一代谢重编程模式与CD36富集的信号特征相吻合——CD36作为脂质摄取受体，其高表达可能驱动了鞘脂合成底物的流入。作者还利用人类肝移植scRNA-seq数据集（GSE171539）验证，再灌注后KC的糖鞘脂合成通路活性同样升高，提示该代谢改变在人类中保守。这一结果将前文确立的TSP-1/CD36信号轴与KC的功能性代谢改变直接联系起来，为理解该信号如何加重肝损伤提供了代谢层面的机制解释。
Figure 5 这张图包含PCA图、柱状图、通路富集图、散点图、热图和柱状图，展示了代谢组学和药理学证据。读图时，先看A-C关注I/R后KC代谢谱显著分离、HexCer积累和鞘脂代谢通路富集，再看E-F的代谢通路活性热图，最后看G-I的LSKL肽处理效果。核心信息是I/R后KC呈现鞘脂代谢增强、OXPHOS抑制的代谢重编程，且药理学抑制TSP-1显著降低血清ALT（P<0.0001）、IL-6和MPO水平。该图直接支撑结果8和9，将TSP-1/CD36信号与KC代谢重编程和肝损伤结局联系起来，并验证了TSP-1作为治疗靶点的潜力。
结果9｜在小鼠I/R模型中，药理学抑制TSP-1显著减轻I/R诱导的肝损伤和炎症
为验证TSP-1/CD36轴的功能重要性，作者在小鼠I/R模型中于缺血后立即腹腔注射TSP-1抑制剂LSKL肽（30 mg/kg），再灌注6小时后检测血清指标。结果显示，LSKL肽处理组的血清ALT水平较对照组显著降低（P<0.0001），表明肝细胞损伤明显减轻；同时，血清IL-6（P<0.05）和髓过氧化物酶MPO（P<0.05）水平也显著下降，提示全身性炎症和中性粒细胞浸润均受到抑制。这一药理学干预实验在动物模型层面证实了TSP-1是驱动I/R后肝损伤的关键上游分子——抑制TSP-1不仅阻断了其与KC表面CD36的相互作用，还逆转了由此引发的促炎和代谢重编程级联效应。结合前文结果，该发现将中性粒细胞来源的TSP-1、KC的CD36信号、代谢重编程与肝损伤结局串联为一条完整的致病回路，并提示TSP-1可作为手术应激相关无菌性肝损伤的潜在治疗靶点。
04 深度解读与讨论
本研究最突出的贡献在于将"空间组织化"这一维度引入了免疫-代谢回路的研究。传统I/R损伤研究多关注单一细胞类型或单一信号通路，而本研究通过空间转录组揭示了中性粒细胞在坏死区的特异性富集、KC被排除在坏死区之外的空间格局，并进一步证明TSP-1/CD36信号从坏死区向外辐射 [Fig 4G]。这种"空间邻近性+分子通讯"的双重证据，使得细胞间相互作用的结论更具说服力。
【解读观点】TSP-1/CD36轴的发现具有重要的机制创新性。TSP-1（血小板反应蛋白-1）传统上被视为基质细胞分泌的调控因子，而本研究揭示中性粒细胞是I/R后TSP-1的主要来源，且其受体CD36在KC上高表达，这重新定义了中性粒细胞在无菌性炎症中的角色——不仅是效应细胞，更是通过旁分泌信号重塑巨噬细胞代谢的"指挥者"。
【解读观点】KC的代谢重编程（OXPHOS抑制、糖酵解和鞘脂代谢增强）与CD36信号的关联，提示脂质代谢在免疫调节中的核心地位。HexCer的积累可能不仅是代谢的结果，更可能作为信号分子反馈调节炎症。这种免疫-代谢的交叉对话，为理解无菌性炎症的放大机制提供了新视角。
05 局限与展望
尽管本研究证据链完整，但仍存在若干局限。首先，空间转录组的样本量较小（每组仅2张切片），可能限制了对个体间变异的评估，结论的稳健性有待更大样本验证。其次，药理学抑制TSP-1（LSKL肽）虽能减轻肝损伤，但无法明确细胞类型特异性的机制——LSKL肽可能同时影响中性粒细胞和其他表达TSP-1的细胞类型，需要遗传学方法（如条件性敲除）进一步验证。第三，研究未进行体内代谢通量的直接测量，代谢重编程的结论主要基于转录组和代谢组的相关性推断。第四，仅使用雄性小鼠，未考虑性别差异对免疫-代谢回路的影响。
【解读观点】从临床转化角度看，TSP-1/CD36轴在人类肝移植数据中的保守性令人鼓舞，但LSKL肽的给药时机（缺血后立即）在临床实践中难以完全复制。未来研究需要探索更宽的治疗窗口，并评估长期抑制TSP-1的潜在副作用。
06 科研思路启发
本研究为"生信筛选→机制验证→药理学干预"的证据链构建提供了极佳的范本，值得发SCI的研究者借鉴。
【解读观点】第一，多组学整合的"先广后深"策略：研究先用流式+scRNA-seq+空间转录组建立全局视图，再聚焦到单一细胞互作轴（TSP-1/CD36），最后用代谢组学和药理学实验收束。这种"漏斗式"设计既保证了发现的广度，又确保了机制的深度。
【解读观点】第二，"空间维度"是加分项：在常规CellChat通讯分析的基础上，叠加空间转录组的共定位证据（MISTy分析），使得细胞间相互作用的结论从"预测"升级为"空间验证"，显著增强了说服力。
【解读观点】第三，人类数据验证的"点睛之笔"：利用公开的人类肝移植数据集验证小鼠中发现的关键信号轴，不仅提升了临床相关性，也回应了审稿人对转化价值的关切。
【解读观点】第四，药理学干预的"收尾"：在机制明确后，用一个小分子抑制剂（LSKL肽）进行干预实验，直接证明靶点的致病性，为文章画上完整的句号。这种"发现→验证→干预"的三段式结构，值得在课题设计中借鉴。
金句
中性粒细胞不仅是肝脏缺血再灌注损伤中的"效应兵"，更是通过TSP-1/CD36信号重塑枯否细胞代谢的"指挥官"——这一空间组织化的免疫-代谢回路，为理解手术应激下的无菌性炎症提供了全新视角。