结节性痒疹（PN）是一种慢性炎症性皮肤病，尤其对非裔美国人影响较大，其特征是在四肢和躯干上出现过度角化的、瘙痒的结节，发病机制尚不明确。
以往对PN皮肤和系统免疫特征的研究表明，辅助性T细胞Th1、Th2、Th17 和 Th22 通路在其中起作用。在外周血中表达 IL-22 的 CD4+ 和 CD8+ T 细胞数量增加。在皮肤组织中，Th17 和 Th22 相关基因信号和通过 IL-4Rα 的 Th2 相关基因信号均有所增加。近期的研究还发现，髓系标志物 CD11c 和 CD14 可用于识别树突状细胞和巨噬细胞参与的由Th2 介导的瘙痒。且信号转导子和转录激活子 3（STAT3）、细胞外信号调节激酶（ERKs）以及核因子 kappa B（NF-κB）可能参与到PN的发生发展。相较于其他炎性疾病，对于PN的研究不足，尤其是对皮肤浸润物的空间组织及其如何影响疾病的进展尚未得到充分描述。
来自美国的Jay Peter等人的研究团队，通过空间成像质谱流式技术，在Journal of Investigative Dermatology发表文章Spatial mass cytometry-based single cell imaging reveals a disrupted epithelial-immune axis in prurigo nodularis。该研究利用空间成像质谱流式技术结合机器学习方法，以单细胞分辨率对PN病变皮肤进行了可视化，探索PN中的细胞组成及其相互作用模式。
研究者通过成像质谱流式技术（IMC）和像素分类，识别PN和健康对照（HC）皮肤中的不同细胞簇。他们发现PN中独特的细胞群体：包括CD14+巨噬细胞（Macs）、角质形成细胞（KC）、CD11c+CD14+单核来源的髓系树突状细胞（MoDCs）、CD3+ T细胞、平滑肌肌动蛋白阳性内皮平滑肌细胞（ESMs）、CD63+细胞、CD33+髓系细胞、CD15+髓系/粒细胞以及两个未鉴定的亚群UC1和UC2（图1b）。细胞簇的细分包括表达CD11c、CD14、CD33、CD63、caspase 3、NF-κB和pERK1/2的亚群（图1c）。与健康对照相比，PN中的细胞簇在绝对数量和相对比例上存在差异，表现为总浸润细胞和白细胞数量的增加（图1d）。
研究者通过对PN和HC蛋白水平的量化，发现PN中的CD14、CD3、caspase 3、NF-κB和pSTAT3比HC显著增加。通过对细胞亚群的定量分析，发现PN中的CD14+Macs、KCs、CD3+ T和CD15+髓系细胞比HC显著增加。表明PN病灶皮肤显示出增强的炎症通路NF-κB和pSTAT3、髓系细胞以及T细胞功能。
PN中角质形成细胞的激活固有免疫细胞标记物CD11c、CD14、CD33、CD63以及CD3有所增加（图3a-b）。PN中角质形成细胞亚群数量存在明显变化，其中CD14+ KCs和 CD14+CD33+KCs的数量增加，而CAS3+CD33+ KCs的数量减少（图3d）。ROC分析显示，角质形成细胞和CD14+ KCs作为诊断标志物，具有很高的曲线下面积（AUC），均大于0.9（图3d）。在单细胞水平上，PN组中CD11c+ KCs表达更多的磷酸化pSTAT3信号（图3e-g），表明在PN中观察到激活的表皮-免疫轴，其中角质形成细胞表现出固有免疫表型。
通过tSNE和pERK1/2的热图叠加，显示了CD14+ 巨噬细胞群体中pERK1/2阳性的巨噬细胞亚群（图4a）。与HC相比，PN患者的pERK1/2阳性CD14+巨噬细胞亚群数量增加（图4b）。PN中pERK1/2+ CD14+巨噬细胞亚群具有最高的表达水平，并且pERK1/2表达量高于大多数其他类型的细胞（图4c）。而pERK1/2阳性CD14+巨噬细胞的比例与PN患者的瘙痒强度评分呈正相关（图4e）。IMC图像展示了CD14与pERK1/2的重叠，突出了PN病变皮肤中活体pERK1/2阳性CD14+巨噬细胞的存在（图4f）。以上结果表明表达pERK1/2的CD14+巨噬细胞与瘙痒强度相关。
通过炎症通路和细胞计数的相互关联，构建矩阵并聚类分析以识别共调控，发现CD14+巨噬细胞与CD63+角质形成细胞聚集，而CD11c+ MoDCs与CD11c+角质形成细胞和波形蛋白聚集（图5a），这说明在这个细胞簇中存在一种共同的单核细胞介导的瘙痒和疾病。炎症通路NF-kB和pSTAT3与总体CD14和CD3表达聚集（图5a）。对PN患者的临床和分子数据进行聚类（图5b），发现特应性患者中CD33+CAS3+ ESM细胞、SMA表达、CD14表达和aMoDCs增加，而角化不全减少。这些结果确定了一个特定的特应性 PN 患者亚群，其中敏化树突状细胞和髓系细胞群体占优势，强调了固有免疫系统在 PN 中潜在的致病作用。
通过IMC图像可视化PhenoGraph算法生成的簇，使用Delaunay方法识别出多个细胞间的相互作用，并用histoCAT邻域分析，揭示CD14+巨噬细胞、CD3+ T细胞、单核细胞衍生树突状细胞（MoDCs）和角质形成细胞之间存在相互作用（图6c），说明角质形成细胞与免疫细胞群体（如CD14+巨噬细胞、MoDCs和CD3+ T细胞）之间存在相互作用。
对pERK1/2+ CD14+巨噬细胞的邻域相互作用进行层次聚类，揭示了pERK+CD14+巨噬细胞与CD3+ T /KCs/ESM具有显著相互作用的患者的瘙痒强度评分较高，而非显著相互作用的患者的瘙痒强度评分较低（图6d），强调了ERK信号通路及巨噬细胞功能在PN中的重要性。
该研究显示在PN发生发展中，角质形成细胞、巨噬细胞、单核细胞衍生的髓系树突状细胞和T细胞之间存在相互作用，强调pERK1/2+ CD14+巨噬细胞在瘙痒，以及CD11c+ KCs介导表皮-免疫轴破坏的新机制。
撰文：张悦康
审核：周伏圣
参考文献：Patel J, Deng J, Kambala A, Lee KK, Cornman HL, Parthasarathy V, Pritchard T, Chen S, Hernandez AG, Shin S, Oladipo OO, Kwatra MM, Ho WJ, Kwatra SG. Spatial Mass Cytometry-Based Single-Cell Imaging Reveals a Disrupted Epithelial-Immune Axis in Prurigo Nodularis. J Invest Dermatol. 2024 Mar 24:S0022-202X(24)00202-1. doi: 10.1016/j.jid.2024.01.036. Epub ahead of print. PMID: 38522569.