用于人类组织中胶原-基因活性相互作用微观空间映射的相关多模态成像

为什么观察肌肉内部很重要

像杜氏肌营养不良症（DMD）这样的缓慢让器官瘢痕化的疾病，其进展发生在肉眼无法分辨的微小尺度上。基因活动在单个细胞内进行，而环绕细胞的支持组织由微小的蛋白纤维构成。到目前为止，科学家们很少能在同一张人类组织切片上同时看到这两类信息。本研究引入了一种方法，能够做到这一点，揭示基因信号与体内结构支架在微观尺度上的相互作用。

同一片组织上的两台“相机”

研究人员在来自DMD患者和一名健康志愿者的单层人类骨骼肌活检切片上结合了两种强大的成像方法。一种方法称为RNAscope，可将单个RNA分子——基因的工作拷贝——染成有色点，显示特定基因信息所在的位置。第二种方法多光子显微镜利用激光光束在不添加染料的情况下让组织中的胶原纤维发光，捕捉在瘢痕化和纤维化过程中增厚的结缔组织结构。先对同一载玻片上的RNA信号成像，再成像胶原信号，研究人员将两幅图像对齐，从而可以像素级地将每一个基因活动点与其周围的纤维网络进行比较。

单独视角已揭示的信息

单独查看每种成像方法时，已经凸显出病变肌肉与健康肌肉之间的明显差异。RNAscope显示，来自DMD患者的肌肉中含有更少的肌萎缩蛋白（dystrophin）转录本——合成缺失肌萎缩蛋白所需的RNA信息——相比健康样本更少。剩余信号的大小也随靶向基因的不同部分而异，暗示长链肌萎缩蛋白转录本的加工存在差异。与此同时，多光子图像显示DMD肌肉充斥着长而致密的胶原纤维，这是纤维化瘢痕的视觉标志，而健康肌肉的纤维更少且分布更均匀。这些发现与临床经验一致：在DMD中，肌肉组织会逐渐被脂肪和瘢痕组织取代。

放大视野：组织范围内的总体模式

在数字配准两类图像后，团队将每个组织切片划分为一个网格，把每个小方格视为一个微小的社区。在每个方格中，他们同时测量了胶原特征——纤维长度、方向以及纤维的曲折或直线程度——和局部的肌萎缩蛋白RNA点密度。这种“热图”视角显示了DMD肌肉内基因活动和胶原结构在不同区域之间的斑块状差异。然而，当使用统计检验比较这些度量时，在这个较粗略的尺度上转录本丰度与胶原性质几乎没有一致的关联。换句话说，当在相对较大的区域上取平均时，富含肌萎缩蛋白RNA的区域并不可靠地表现出比RNA信号较少的区域更或更少的纤维化。

缩小尺度：细胞级别的关系

当科学家们将注意力集中在仅几十微米大小的邻域——大致相当于单个肌纤维及其周围环境的尺度——时，出现了最具启发性的结果。对于每一个RNA点，他们绘制了一系列逐渐扩大的圆圈，询问这些圆圈内存在多少条胶原纤维，以及这些纤维的长度。在DMD和健康组织中，胶原纤维在靠近肌萎缩蛋白RNA信号处最长，随着距离增加而逐渐变短。在最严重纤维化的样本中，转录本点几乎总是在很小的距离内就有胶原存在，而在健康样本中，许多RNA点位于胶原很少或没有的区域。使用随机放置点和略微调整的图像处理设置作为对照分析表明，这种模式不能仅用偶然性或软件处理特性来解释。

这对肌病及更广泛领域可能意味着什么

这些发现表明，仅观察大尺度平均值时重要的基因信息与组织结构之间的联系可能被隐藏，但在细胞级别的检查下会显现出来。在这项概念验证研究中，富含特定肌萎缩蛋白转录本的区域往往位于更长、更密集胶原纤维的附近，提示局部基因活动与纤维化重塑可能在肌肉微环境内相互影响。作者强调他们的患者群体规模较小，研究尚非临床检测。相反，他们呈现了一个灵活的平台，可扩展到其他基因、组织类型和成像方法。通过将基因活性的位置与组织支架的构建联系起来，这一方法为发现纤维化、再生以及对新兴RNA基疗法反应的空间生物标志物开辟了道路。

引用: Scodellaro, R., Mietto, M., Ferlini, A. et al. Correlative multimodal imaging for microscale spatial mapping of collagen-gene activity interactions in human tissues. npj Imaging 4, 17 (2026). https://doi.org/10.1038/s44303-026-00149-8

关键词: 多模态成像, 杜氏肌营养不良症, 胶原纤维纤维化, 空间基因表达, 骨骼肌活检