南京大学开发活体原位细胞相互作用组的化学解码工具CINTER-seq

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关键词：

来源：

Immunity

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来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2025.06.011

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-07-16

摘要：

2025年7月16日，南京大学化学化工学院李劼教授团队在Immunity杂志发表了题为CINTER-seq: Chemical profiling reveals interaction-dependent cell landscapes and gene signatures in vivo的研究论文。该研究发展了一种基于近红外光催化的活体原位邻近标记新技术，利用该技术成功捕获了活体动物内免疫细胞间以及肿瘤细胞与免疫细胞间的相互作用。更进一步，研究者巧妙结合单细胞多组学分析，构建了名为 CINTER-seq 的高通量细胞互作定量分析平台。该平台能够揭示由细胞互作塑造的特异性细胞图谱以及互作依赖的关键基因表达特征，为深入解码活体原位细胞互作网络、锁定驱动互作的关键分子提供了新工具。相较于体外模型，活体原位研究能更真实地反映细胞互作的自然状态。之前的活体互作研究工作主要包括以双光子显微成像为代表的成像技术和以uLIPSTIC为代表的酶催化邻近标记技术。前者通量较低，仅能追踪少数特定细胞类型间的互作且无法实现进一步的下游分析；后者则严重依赖构建复杂的转基因工程小鼠模型，操作繁琐且技术门槛高，存在一定的局限性。李劼团队基于其在单线态氧介导的邻近标记技术上的积累，将近红外光催化的邻近标记化学引入活体研究，以方便、快捷地在活体标记细胞。他们利用能够响应近红外光的天然卟啉骨架分子焦脱镁叶绿酸a (PPa) 作为催化剂，筛选出了标记效率显著提升的苯胺基生物素探针（BAn）作为标记探针，构建了一种高效的邻近标记体系。通过抗体偶联或岩藻糖转移酶（FT）介导的标记策略，将催化剂精准锚定在目标“诱饵”细胞（bait cell）表面。当“诱饵”细胞与邻近的“猎物”细胞（prey cell）发生相互作用时，通过近红外光照激活PPa催化剂，将氧气转化为具有高活性的单线态氧 (¹O₂)。¹O₂扩散至“猎物”细胞表面，氧化其生物大分子生成亲电基团。这些“激活”的位点迅速与亲核性的BAn探针发生反应，从而在发生相互作用的“猎物”细胞上共价标记上生物素标签（Biotin）。该方法被命名为NIR-PPL技术。在前期工作中，作者提出了“化学单细胞组学”概念（图2），并开发了LacNAc-seq和ClickTag混样标签技术。在本项研究中，为实现细胞相互作用强度信息与转录组数据的整合，作者沿用该策略，利用链霉亲和素-ssDNA（SA-ssDNA）将捕获细胞上的生物素信号高效转化为可测序的DNA标签，以便在单细胞转录组测序平台上进行读取和量化。基于此，作者整合SA-ssDNA信号转化、scTCR/scRNA-seq及ClickTag混样标签技术，构建了多维分析平台CINTER-seq。根据细胞表面的Biotin标记信号强度，作者将肿瘤内T细胞分成了三个群体（Biotin高、中、低）。聚类分析结果显示，调节性T细胞（Treg）、细胞毒性效应型CD8+ T细胞（cytotoxic effector CD8）及激活或功能失调的CD8+ T细胞（activation or dysfunction CD8）等亚群显著富集于Biotin信号较高的群体，表明与肿瘤细胞紧密相互作用的T细胞呈现出显著的激活与耗竭表型。进一步的转录组与Biotin信号相关性分析表明，T细胞中Lag3基因的表达水平与细胞互作强度高度正相关。深入机制研究揭示了免疫检查点分子LAG3不仅仅作为细胞耗竭的标志物，还能直接结合肿瘤细胞表面的MHC II分子，介导肿瘤细胞与CD4+ T细胞之间稳定的物理相互作用，其互作强度可与经典的pMHC-OT-II TCR互作相当。此外，作者还对与肿瘤细胞相互作用的中性粒细胞进行了相同的分析，揭露肿瘤细胞通过互作"驯化"中性粒细胞使其表现为促进肿瘤进展的表型，并且经过功能实验证实这类中性粒细胞可以抑制T细胞的增殖以及T细胞对肿瘤细胞的杀伤。综上所述，本研究开创性地提出了近红外光催化活体原位邻近标记技术（NIR-PPL），并将其与单细胞多组学分析相结合，构建了高通量的细胞互作定量解析平台CINTER-seq，实现了以单细胞精度解析体内细胞物理互作网络。相比现有方法尤其是uLIPSTIC，本技术无需构建复杂的基因工程小鼠模型，同时具备更加快速的反应动力学和独有的时空选择性，大幅提升了体内细胞互作研究的精准性与便捷性。这一突破不仅为深入揭示细胞通信与疾病机制提供了全新视角，也为未来开发更加精准有效的治疗策略奠定了重要基础。