一项新开发的基于AI的方法能够在免疫细胞被从组织中分离并单独分析后，重建它们原本在器官中的空间位置信息。为此，波恩大学医院（UKB）和波恩大学的研究人员利用了转录组，即细胞在特定时刻由其基因产生的所有信使RNA转录本的总和。该研究成果已发表在期刊《Advanced Science》上，并介绍了新的MERLIN算法。
免疫细胞在器官中如何变化并参与疾病？单细胞RNA测序技术通过揭示单个免疫细胞中哪些基因被激活，彻底改变了免疫学研究。
“然而，当细胞被分离时，关于它们来自器官哪一部分的信息不可避免地丢失了。在像肾脏或大脑这样高度结构化的器官中，这种空间信息对于理解健康和疾病至关重要。”UKB分子医学与实验免疫学研究所所长、波恩大学免疫感觉3（ImmunoSensation3）卓越集群和跨学科研究领域“生命与健康”成员克里斯蒂安·库尔茨教授表示。
MERLIN让免疫细胞的记忆变得可访问
“我们发现巨噬细胞携带一种其局部环境的分子记忆。”研究第一作者尹俊平解释道，“即使在分离后，它们的基因活性仍能反映它们来自肾脏或大脑的哪个区域。MERLIN使这些信息再次变得可访问。”
MERLIN在免疫学、肾脏病学和生物信息学的交叉点上开发。该算法利用机器学习识别基因活性中的特征模式，这些模式受局部组织条件（如缺氧或盐浓度）的影响。
“从生物信息学的角度来看，至关重要的是让MERLIN在多个独立数据集上进行训练。”资深作者、生物信息学家李剑表示，“这使得系统能够学习真正的生物信号。然后可以将其应用于全新或之前发表的数据集。”
研究人员能够证明，MERLIN不仅在小鼠模型中有效，还能正确预测人类肾脏样本中巨噬细胞（大型特化白细胞）的空间来源。此外，该方法还被转移应用到大脑，成功重建了小胶质细胞（脑部免疫细胞）的位置。
MERLIN为肾脏疾病提供新见解
MERLIN在肾脏疾病中的应用尤为相关。通过分析之前发表的关于炎症、脓毒症、移植后发生的缺血再灌注损伤以及糖尿病肾病的公开数据集，MERLIN确认了已知的疾病机制，并为区域特异性免疫反应和治疗效果提供了新的见解。
“这对肾脏病学来说是一大进步。”资深作者克里斯蒂安·库尔茨强调，“我们看到了免疫反应和药物效果严重依赖于肾脏的具体区域，正如我们在患者护理中所了解的那样。”
该研究在UKB进行，属于波恩大学免疫感觉3卓越集群和跨学科研究领域“生命与健康”的一部分，这些组织致力于推动免疫系统的跨学科研究。该研究还凸显了与中国武汉的研究人员、汉堡-埃彭多夫大学医学中心以及慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的密切国际合作。
“MERLIN为单细胞研究开辟了一个新维度。”尹俊平总结道，“我们可以重新评估现有的数据集，并对疾病机制获得更精确的理解。”
出版详情： 尹俊平等，《从单细胞转录组预测巨噬细胞空间定位以揭示疾病机制》，《Advanced Science》，2026年。
期刊信息： 《Advanced Science》
来源： 波恩大学医院
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