题目：Spatial multi‐omics unveils sphingolipid metabolic reprogramming within the retinal pathological niche

空间多组学揭示视网膜病理生态位内鞘脂代谢重编程

期刊：iMeta ｜ 影响因子：44.4

DOI：10.1002/imt2.70163 ｜ 发表时间：2026/8/20 ｜ 作者单位：南方医科大学

一、研究背景：RIR损伤为何难治？

视网膜缺血再灌注（RIR）是青光眼、多种眼科急症及全身性缺血事件的核心病理机制。缺血使视网膜缺氧耗能，再灌注时ROS爆发、钙过载和炎症级联又雪上加霜，最终导致视网膜神经节细胞（RGC）渐进性丧失，目前无法逆转。由于RIR损伤呈明显空间依赖性，传统均质化组学难以解析其微环境机制。

本研究利用RIR模型构建了全眼球高分辨率空间多组学图谱，发现视网膜内层为主要病变区域，Trem2⁺小胶质细胞局部聚集并伴鞘脂代谢失调，且Trem2通过与SPTLC2互作调控这一重编程，为青光眼早期病理和代谢靶向神经保护策略提供了新见解。

中乔新舟公司产品BV-2小鼠小胶质细胞（货号：ZQ0397）参与了该项研究。

二、摘要

RIR损伤是青光眼等视网膜疾病不可逆视力丧失的核心机制，但其微环境的空间组织机制尚不明确。本研究整合空间转录组与MALDI-MSI空间代谢组，构建RIR小鼠全眼多组学图谱：损伤后RGC与周围细胞相互作用减少，免疫-胶质相互作用增强，视网膜由“神经元中心”转向“免疫代谢状态”。主要病变位点GCL中，Trem2⁺小胶质细胞原位扩增并与退化RGC密切接触、与鞘脂代谢失调强烈共定位。机制上，TREM2直接结合鞘脂合成限速酶SPTLC2，驱动神经酰胺中心代谢重编程、调控AKT-mTOR轴并放大炎症；药理抑制SPT可逆转该级联、保护RGC。人青光眼房水数据亦显示鞘脂通路保守上调。TREM2-SPTLC2-鞘脂轴由此成为视网膜神经退行性疾病的潜在治疗新靶点。

三、实验方法和结果

1.  高分辨率ST描绘了RIR眼球中的区域特异性分子结构

为系统绘制RIR的空间分子动力学图谱，对5个Sham和6个72小时再灌注后RIR样本的完整小鼠眼球进行了立体测序，结合SM和体内/体外验证。高分辨率的ssDNA成像揭示了保存的视网膜层状结构，同时实现了转录组数据与解剖亚区域的精确比对。组间转录本计数分析显示了较高的组内相关系数，证实了生物学复制间技术变异性极小且具有稳健的可重复性。

图1. 单细胞分辨率空间转录组学揭示了RIR眼球的区域特异性分子结构。

2. RIR后多种细胞类型的空间重组

作者整合了12个公开的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集，构建了一个用于空间分辨细胞特征的参考图谱。它们独特的空间表达模式验证了基于ST细胞表征的高保真度。此外，每种细胞类型的高纯度也通过其ROGUE分数的得以证实。

图2. 《Sham和RIR眼球的单细胞空间制图学》。

3. RIR损伤会严重破坏前节的分子表达景观

分析RIR对小梁网状结构和角膜区域的影响。堆叠条形图显示，RIR在角膜和结膜微环境中诱导了大量小胶质细胞浸润。差异表达基因（DEGs）分析进一步表明，角膜稳态相关基因RIR后显著下调，而炎症和应激相关基因如Lyz2、Clu和Mmp3则显著上调。角膜标记基因的空间可视化确认了角膜内Krt14、Dapl1和Aldh3a1的区域特异性表达模式。通路分析显示，RIR后下调的通路主要富含翻译和代谢过程。

之后，对前腔角结构进行了系统ST分析。堆叠条形图显示，RIR后炎症相关细胞明显浸润，中性粒细胞、淋巴细胞和小胶质细胞显著增加。总之，RIR损伤下调稳态基因，上调炎症/应激基因，并诱导前节小胶质细胞浸润和炎症通路激活。

图3. RIR诱导局部于GCL微环境的分子拓扑变化，以及内层视网膜内的小胶质空间重新分布/激活。

4. RIR诱导空间性受限的炎症和分子改变，主要由视网膜内小胶质激活主导

对小鼠眼球10个空间区域的DEG和GSEA分析显示，RIR相关转录变化主要集中于GCL、晶状体和角膜：小胶质细胞活化等免疫通路显著上调，突触传递等视觉功能通路下调；免疫浸润以小胶质细胞为主，其迁移和炎症评分在GCL、角膜等区域显著升高。补体蛋白与趋化因子呈“由内向外”递减的空间梯度，表明炎症信号集中在视网膜内层。原位成像与免疫荧光证实IBA1⁺小胶质细胞向视网膜内层迁移、C1qa显著富集。同时，损伤后RGC与周围细胞相互作用减少，而免疫/胶质细胞相互作用增强，并伴随以Trem2-Apoe为中心的脂质代谢重编程。这些结果确立GCL微环境为小胶质细胞激活和免疫代谢反应的主要空间枢纽。

5. Trem2缺乏症能减弱炎症反应，促进RGC在早期阶段的存活

为评估Trem2在RIR损伤中的功能作用，比较了野生型与Trem2基因敲除（Trem2 KO）小鼠在RIR后3天的RGC存活率和视网膜结构。结果显示，RIR视网膜中Apoe、Trem2、TNF-α、Il1β、Il1α和Parp的mRNA水平均显著升高，而Trem2 KO + RIR组中上述变化显著减弱，表明Trem2缺失可有效抑制RIR引起的炎症反应。为阐明分子机制，利用BV2小胶质细胞建立氧-葡萄糖剥夺/再氧化（OGD/R）体外模型，并进行si-Trem2敲低。Western blot显示，OGD/R可降低p-AKT和p-mTOR蛋白水平，而敲低Trem2后这些磷酸化信号得以恢复。

综合体内体外数据，Trem2缺失可缓解RIR导致的视网膜损伤和炎症，并伴随促炎细胞因子和鞘脂代谢酶下调，提示Trem2通过AKT-mTOR信号通路正向调控关键代谢酶表达，参与缺氧再灌注损伤引发的代谢重编程。

图4. Trem2缺乏症缓解了RIR引起的视网膜结构损伤和炎症反应。

6. rem2缺乏会重塑RIR诱导的视网膜代谢重塑

SM在从四个实验组收集的球状组织中进行，使用受RIR损伤的Trem2 KO小鼠模型。对同一批次内采集的代谢组数据进行主成分分析（PCA）显示TR组和R组之间存在显著代谢差异。根据眼球组织学结构，进一步考察了17种代表性代谢物的空间分布和类别组成，涵盖所有组别。火山图分析显示，在RIR诱导后，部分代谢物在Trem2缺失条件下仍显著上调或下调，表明GCL + INL层存在明显的代谢重塑。原位SM图像进一步证实了独立验证数据集中RIR与Trem2KO + RIR组之间鞘脂相关及促炎代谢物的变化。

图5. 空间代谢组学证明了Trem2对鞘磷脂代谢的上调。

为评估临床相关性，分析了青光眼患者的多组学数据。与对照组相比，青光眼样本显示与鞘脂相关的基因、代谢物和蛋白质增加，支持RIR模型中识别的TREM2-鞘脂轴。

7. TREM2结合SPTLC2并调控AKT-mTOR信号轴

为进一步阐明TREM2调控鞘磷脂代谢和小胶质细胞炎症激活的分子机制，整合了六个公开的scRNA-seq数据集和注释的小胶质细胞。这些数据集涵盖了四种不同的疾病模型：自身免疫性葡萄膜炎（AU）、糖尿病视网膜病变（DR）、光损伤（LD）和视神经压碎（ONC）。统一流形近似与投影（UMAP）分析显示，鞘脂代谢相关基因主要富集于小胶质群体，视网膜细胞类型的代谢评分进一步证实小胶质表现出最高的鞘脂代谢活性。公开的scRNA-seq分析还表明Trem2主要表达于小胶质细胞，Tmem119和Trem2在视网膜组织中的直接共定位进一步证实了Trem2阳性细胞的微胶质细胞身份。分子对接分析进一步支持TREM2与SPTLC2之间潜在的结合界面。

图6. TREM2结合SPTLC2并调制AKT-mTOR信号轴。

在机制上表明，Trem2介导的鞘脂代谢调控通过AKT-mTOR途径进行，且并非小胶质细胞存活率或增殖变化的次要因素。为了进一步验证鞘脂合成在小胶质炎症反应中的功能作用，作者进行了体内和体外干预，使用Myriocin（一种抑制新生鞘脂合成的抑制剂）。体内，Myriocin治疗减弱了视网膜中RIR诱导的GFAP阳性胶质激活。体外细胞毒性检测确定了小胶质中Myriocin的安全工作浓度范围。在OGD/R诱导的小胶质炎症模型中，Myriocin治疗显著降低了TNF‐α和IL1β的蛋白质水平，并下调了炎症介质（包括TNF‐α、Il1α、Il1β、Il6和Cxcl1的mRNA表达。

四、总结

通过整合ST、SM和scRNA-seq多维分析，本研究表明RIR不仅仅由内在神经损伤驱动，还通过空间定义的免疫代谢重塑被放大和塑造，其中Trem2 ⁺ 小胶质细胞在其中发挥重要作用。这些发现加深了对青光眼相关神经退行性退行背后细胞机制的理解，并确认Trem2及其相关的鞘脂代谢通路为精准免疫代谢干预和治疗开发的有前景靶点。

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