肺气肿的病理生理学特征是持续的肺部炎症，这在很大程度上导致了肺泡结构的逐渐退化。尽管人们早已认识到肺气肿患者的肺部被各种免疫细胞群浸润，包括巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞，但人们对不同免疫细胞亚群的确切功能作用以及这些细胞在肺部微环境中的相互作用仍然知之甚少。在当前高通量 “omics ”技术以及单细胞和空间分析盛行的时代，我们现在拥有了以前所未有的细节阐明肺气肿免疫特征的工具。整合这些最先进的方法可以剖析肺气肿肺组织内免疫细胞群的分子特征和空间分布，从而揭示潜在的致病机制，为靶向治疗干预铺平道路。
在本期期刊中，Jia 及其同事的研究（第 1002-1016 页）展示了单细胞质量细胞仪（或 “飞行时间细胞仪”[CyTOF]）与成像质量细胞仪的完美结合，以研究肺气肿患者肺组织样本中的免疫细胞景观和细胞间相互作用 。CyTOF是一种利用质谱技术检测金属标记抗体的技术，可在单细胞分辨率下同时测量多个细胞参数。通过将 CyTOF 与成像质谱技术相结合，作者能够描绘肺泡微环境中不同免疫细胞亚群的空间分布和细胞间的相互作用。
单细胞和成像质谱揭示了肺气肿患者肺泡组织中免疫细胞特征的改变。(A）将新鲜采集的肺气肿或对照肺组织消化成单细胞悬浮液，并与髓系和淋巴系金属标记抗体板孵育，以进行单细胞质谱分析。将气肿或对照肺组织的福尔马林固定、石蜡包埋冷冻切片与髓系和淋巴系金属标记抗体板孵育，用成像质谱仪进行分析。(B）单细胞质谱分析显示，肺气肿患者肺泡组织中的免疫细胞特征与对照组织相比发生了变化，包括中央记忆 CD4 和 CD8 T 细胞以及 CD1c+ 树突状细胞的百分比增加。空间成像显示 CD8 T 细胞和 CD1c+ 树突状细胞在肺气肿肺组织中的共定位。FFPE = 福尔马林固定、石蜡包埋。
利用这些最先进的方法，研究人员证实了现有的知识，同时对肺气肿患者肺泡组织与对照肺组织相比出现的免疫细胞失调情况提出了新的见解。值得注意的是，在适应性免疫系统的细胞中观察到了最显著的差异，这反映了人们对肺气肿的认识在不断发展，已超越了传统上对巨噬细胞和中性粒细胞介导的蛋白酶释放的重视。事实上，新出现的研究强调，T 细胞和 B 细胞反应以及自身免疫机制参与了严重慢性阻塞性肺病（COPD）和肺气肿的发病机制。本研究中的 CyTOF 分析显示，在肺气肿肺组织中，中心记忆 CD4 T 细胞的比例增加，由于它们具有在重新激活时迅速活化和增殖的能力，因此有可能使炎症持续存在。此外，肺气肿患者的中心记忆 CD8 T 细胞也有所增加，尤其是那些在激活时表现出更强 IFN-γ 反应的细胞（通过功能光谱流式细胞仪测量）。这种增强的 IFN-γ 反应可能会阻碍肺泡干细胞再生，从而导致肺气肿进展。此外，本研究还强调了 CD1c+ 树突状细胞频率的增加，这与传统的 2 型树突状细胞相似，而既往研究显示 COPD 肺中的 2 型树突状细胞也有所增加。有趣的是，这些 CD1c+ 树突状细胞显示出 costimulatory 标记 CD40 和 CD86 的表达增加，并与 CD8 T 细胞共定位，如空间成像所示，强调了这些细胞亚群之间的潜在相互作用是肺气肿发病机制的驱动因素。
值得注意的是，尽管之前的研究结果表明严重慢性阻塞性肺病患者，尤其是肺气肿表型患者的肺中 B 细胞数量增加，B 细胞丰富的淋巴滤泡普遍存在，但作者并没有观察到 B 细胞区的显著差异。这可能是由于样本数量相对较少（15 个肺气肿样本和 5 个对照样本），而且 15 个肺气肿样本中只有 8 个存在淋巴滤泡，因此样本之间存在较大的异质性。
这项研究的主要优势在于展示了单细胞和成像质谱等尖端方法在人体肺组织研究中的适用性。然而，这项研究也存在一些局限性，这些局限性主要与所研究组织的性质和所采用的技术有关。首先，组织样本取自正在接受肺容积缩小手术（针对严重肺气肿受试者，即全球慢性阻塞性肺病倡议III/IV期阻塞）或肺癌切除手术（针对对照受试者）的患者。由于无法对这些肺组织进行标准化充气，作者使用手术前的计算机断层扫描来确认是否存在肺气肿，因为无法对所选组织块内的肺气肿进行精确的形态测量。这就引入了与肺气肿在肺内分布的空间异质性有关的潜在技术伪影，这可能会导致观察到的免疫细胞系的变化。此外，CyTOF 分析需要将所选组织样本消化成单细胞悬浮液，这可能会导致肺泡组织受到气道和血管细胞的污染。重要的是，为了减少这些局限性，作者在对同一受试者的冷冻或石蜡包埋组织切片进行成像质谱分析时，对 CyTOF 分析进行了补充。其次，由于细胞数量不足，某些气肿变化最严重的区域不得不排除在成像质谱分析之外，这进一步影响了对所获数据的解读。最后，由于 CyTOF 需要新鲜的组织样本，因此纳入研究的受试者人数相对较少，这可能是导致观察到的异质性和某些免疫细胞系内缺乏显著差异的原因。
采用单细胞分析和空间评估的 Omics 研究（如 Jia 及其同事的研究）有望提高我们对肺气肿发病机制的理解，从而为创新治疗策略铺平道路。尽管如此，在未来的研究工作中仍有一些值得注意的问题。首先，肺气肿在肺内分布的空间异质性要求对不同个体或同一肺内显示不同程度肺气肿变化的相关区域进行精确表征和评估。其次，考虑到肺气肿的渐进性，必须将时间动态纳入这些分析中。依靠切除的肺标本进行的研究本质上是横断面研究，捕捉的是离散时间点的快照。然而，这些研究必须与肺气肿发病和进展的连续性相一致，从慢性阻塞性肺疾病前期（肺气肿可能在没有阻塞性肺功能的情况下表现出来）到严重的慢性阻塞性肺疾病和肺气肿。
