一针鼻喷疫苗防住多种病原体！Science：给细胞核贴上「空间身份证」，揭开免疫多维图谱

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从「单细胞」到「空间时代」

技术演进的下一个十年

过去十年，单细胞测序技术彻底改变了生命科学的研究范式。我们第一次能够以高通量的方式解析组织中「有哪些细胞」、「它们在表达什么基因」。然而，一个根本性的问题始终悬而未决：这些细胞在组织中的「坐标」是什么？它们和谁做邻居？它们在原位如何通讯？

组织不是悬浮液。肿瘤微环境中，一个 CD8⁺ T 细胞是否真正接触肿瘤细胞，决定了它能否发挥杀伤功能；疫苗诱导的免疫记忆细胞是否定位在气道周围，决定了它能否在病原入侵的第一时间响应。没有空间位置信息，单细胞数据就像一份没有地址的通讯录——你知道谁在，却不知道他们在哪、和谁在一起。

这正是空间组学技术迅速崛起的根本驱动力。2022 年，Nature 将「空间多组学」评为年度技术。然而，如何在单细胞分辨率下，同时获取基因表达、表观调控、免疫克隆型等多维信息，始终是领域内最具挑战性的技术难题。

2026 年 2 月，斯坦福大学 Bali Pulendran 团队在 Science 上发表的一项研究《Mucosal vaccination in mice provides protection fromdiverse respiratory threats》，给出了一个漂亮的解法。团队开发了一种鼻喷广谱疫苗，在小鼠模型中实现同时抵御新冠病毒、流感病毒、金黄色葡萄球菌，甚至过敏原的侵害——而它的保护机制，完全颠覆了传统疫苗依赖「特异性抗体」的逻辑[1]。

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从「一病一苗」到「整合器官免疫」

传统疫苗的困境：面对流感病毒的抗原漂移、新冠病毒的不断变异，抗体导向的疫苗往往刚上市就面临「免疫逃逸」的尴尬。Pulendran 团队另辟蹊径，转向激活先天免疫——这套免疫系统是亿万年进化留下的「第一道防线」，不挑剔病原体，反应速度以小时计。

解决策略：研究团队设计了一种名为 GLA-3M-052-LS+OVA 的鼻内喷雾疫苗。其核心机制在于「双重激活」策略。两个免疫激动剂GLA（TLR4 激动剂）和 3M-052-LS （TLR7/8 激动剂），搭配一个通用模型抗原卵清蛋白（OVA）。其保护作用不是依赖于针对特定病原体的抗体，而是主要通过肺泡巨噬细胞（AM）

工作原理：疫苗中的 TLR 激动剂，能直接刺激肺部先天免疫细胞；而 OVA 抗原将 T 细胞招募到肺部，这些抗原特异性 CD4⁺ 和 CD8⁺ 记忆 T 细胞持续向先天免疫细胞发送信号，让本应仅活化几天的先天免疫维持数月激活状态。

关键免疫机制 1：T 细胞-RANKL 通路介导保护效应

研究发现，清除 CD4⁺ 和 CD8⁺T 细胞可完全消除疫苗的保护作用。进一步机制解析显示，T 细胞分泌的 RANKL 是疫苗诱导保护所必需的关键分子——持续阻断 RANKL 会完全消除疫苗对 SARS-CoV-2 和金黄色葡萄球菌感染的保护效果；而抑制 CD40L、IFN-γ 或 TNF-α 信号通路则不影响保护。

关键免疫机制 2：肺泡巨噬细胞（AM）是核心效应细胞

通过 scRNA-seq 对 119,876 个肺细胞分析发现，疫苗接种后 21 天，肺泡巨噬细胞中抗原呈递通路持续富集，相关基因（H2-D1、H2-K1、H2-Aa 等）表达水平至少维持 3 个月。scATAC-seq 进一步揭示，与抗原呈递基因 H2-Aa、干扰素刺激基因 Ccl5 等相关的染色质位点，在疫苗接种后至少 3 个月内在 AM 中保持可及性。

关键免疫机制 3：诱导三级淋巴结构（TLS）形成

感染后 3 天，疫苗组的肺组织出现类似淋巴结的 T/B 细胞分区，即三级淋巴结构。未接种疫苗的对照组在感染后第 3 天未显示这些 TLS 特征。

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空间组学

揭开疫苗诱导免疫图谱的关键钥匙

在这项研究中，一个核心问题始终贯穿始终：疫苗如何在三维肺组织中构建持久、广谱的免疫防御？

传统单细胞测序能解析细胞类型和分子特征，却无法确认细胞在组织中的空间位置信息。而研究团队发现，疫苗诱导的保护效应与细胞的空间排布密切相关——T 细胞是否定位在气道周围、肺泡巨噬细胞是否与上皮细胞形成通讯网络、三级淋巴结构是否出现在关键哨位，这些问题的答案都依赖于空间维度的信息。

这正是具有单细胞分辨率的空间转录组学技术——Trekker，大显身手的舞台。（点此或文末获取更多 Trekker 信息及技术支持）

研究团队对 53,645 个空间解析的细胞核使用 Trekker 试剂盒进行了单细胞空间转录组分析，通过 UMAP 揭示了多样的细胞群，包括肺泡上皮细胞、AM、间质巨噬细胞（IM）、DC、T 细胞和 B 淋巴细胞。Trekker 技术的加入，让研究在空间原位完成了对肺组织免疫生态系统的多维度解析：

数据解析 1：空间聚类与细胞图谱

通过 Trekker 获得的空间聚类图（对应文献 Fig. 3C）清晰展示了疫苗接种组、未接种组以及 T 细胞耗竭组在组织结构和细胞组成上的显著差异。接种疫苗的小鼠肺中表现出显著的空间重构（对应文献 Fig. 3D）。

数据解析 2：细胞间通讯网络可视化

整合空间定位和配体-受体表达值分析显示，疫苗接种后肺部的细胞间相互作用整体增强（对应文献 Fig. 3F）。T 细胞-B 细胞和 T 细胞-先天免疫细胞间的通讯增强，以及 AM 与肺泡上皮细胞（ATI 和 ATII）之间的信号传导加强，而在 T 细胞耗竭小鼠中这些信号均被削弱。

文献 Fig.3

数据解析 3：三级淋巴结构的空间定位

多重空间蛋白成像显示，TLS 富集区主要定位于气道周围（对应文献 Fig. 5D-E），提示疫苗接种使肺组织在感染时能够快速且有结构地参与免疫应答。免疫组化进一步显示 TLS 与 SARS-CoV-2 N 蛋白共定位。

文献 Fig.5

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Trekker 技术流程

一张芯片、两步操作、三套数据

Trekker 技术的突破性在于将空间定位与单细胞多组学完美整合，其工作流程分为三个核心步骤：

第一步：贴标签——每个细胞核拿到自己的「坐标身份证」

Trekker 的核心耗材是一张特制的芯片（tile），上面铺满了数百万个位置唯一的 DNA 条形码。每个条形码对应芯片上的一个精确坐标（比如第 3 行第 5 列）。

操作很简单：将新鲜冷冻组织切片（厚度 10～25 μm）贴在芯片上，然后紫外光照射。光触发后，每个细胞核会「抓取」到它所在位置的那个条形码——相当于每个细胞核都被打上了它自己的空间坐标标签。

第二步：建库——直接上常规单细胞平台

贴好标签的细胞核从芯片上收集下来，这时候它们已经带着「空间坐标」了。接下来，直接用标准的单细胞测序建库流程进行后续操作——逆转录、cDNA 扩增、文库构建，和做普通单细胞测序一模一样。

唯一的区别是：每个细胞核的 cDNA 上，已经同时携带了基因表达信息和空间坐标条形码，这从根本上确保了数据的单细胞分辨率。

第三步：解码——测序后「按图索骥」

测序完成后，通过生物信息学分析，根据每个 read 上的空间条形码，就能反推出它原本来自组织切片上的哪个位置。于是，研究者得到的是一个带坐标的基因表达矩阵——知道每个细胞核在组织中的 XY 坐标，也知道它的全转录组表达谱。

正如研究团队在论文中展示的，通过 Trekker 获得的整合数据集，他们不仅验证了肺泡巨噬细胞的表观遗传重塑，还定量解析了 T 细胞-AM 互作的空间强度，更直观展示了三级淋巴结构的形成位置。所有这些发现都基于同一份样本、同一套空间坐标系统。

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从「看细胞」到「看生态」

Trekker 如何最大化样本价值

以下是一个在肿瘤免疫中的典型案例：

案例：snRNA-Seq+ snV(D)J，追踪 B 细胞克隆的「空间足迹」

免疫细胞克隆的扩增与分布，是理解肿瘤免疫应答的核心问题。研究团队对 25 μm 厚的人原发性乳腺癌组织切片，完成对其中 10,671 个细胞核的空间定位与细胞注释。并分别将其映射至 UMAP 图谱（图 A）和空间图谱（图 B）。

关键突破：

数据显示，该技术的检测效率优异（图 C）：BCR 平均每个细胞核有效读数达 372.4，TCR 达 332.5；39.6% 的 B 细胞能检测到重链 CDR3，52.4% 的 B 细胞能检测到轻链 CDR3，T 细胞中也有 7.6% 和 14.2% 分别检测到重链、轻链 CDR3。

清晰绘制出了不同 B 细胞克隆的空间分布图谱（图 E）。Top8 的 BCR 重链 CDR3 克隆在乳腺癌组织中呈现出显著的空间特异性 ，部分克隆集中分布在肿瘤边缘区域，部分则在肿瘤内部形成聚集区（图 F）。而相邻组织切片的 H & E 染色（图 D）进一步验证了这些克隆分布与病理结构的关联性。

这一结果首次直观揭示了乳腺癌微环境中 B 细胞克隆的空间扩散规律：免疫克隆的扩增并非随机分布，而是与肿瘤组织的病理分区、细胞邻域密切相关，为理解肿瘤相关性 B 细胞的功能分工（如抗体分泌、抗原呈递）提供了关键的空间线索。

Science 这项研究标志着呼吸道疫苗开发进入「整合器官免疫」新时代，而Trekker 技术在其中扮演了「地图绘制者」的关键角色。如果您正在探索肿瘤免疫、疫苗机制或发育生物学等中的空间转录组学问题，希望从有限珍贵样本中获得更全局、更深刻的洞察，Trekker 单细胞空间组学解决方案或许能成为您下一个突破性发现的加速器。

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内容策划：王丹琦

内容审核：朱卿

题图来源：图虫创意

参考文献

[1]. Zhang H, Floyd K, Fang Z, et al. Mucosal vaccination in mice provides protection from diverse respiratory threats[J]. Science, 2026: eaea1260.