在生命科学进入”空间组学”时代的今天如何在高分辨率下同时看清数十种蛋白质在组织原位中的表达与空间关系成为解析疾病机制的关键瓶颈。PCFPhenoCycler-Fusion技术——又称CODEXCO-Detection by indEXing——通过DNA条形码标记抗体、迭代荧光成像的策略突破了传统免疫荧光仅能同时检测几个靶标的限制实现了单细胞分辨率下最多100蛋白的原位同时检测。自2018年Garry Nolan团队在Cell上发表奠基性论文以来PCF已在小鼠模型的各类组织与疾病研究中大放异彩。本文系统梳理了18篇应用PCF技术的小鼠模型顶刊文献涵盖免疫、肿瘤、再生、感染、衰老等多个领域按时间线展示这项技术如何持续推动我们对组织微环境空间架构的深层理解。开创之作PCF(CODEX)技术的诞生与脾脏免疫微环境解析Deep Profiling of Mouse Splenic Architecture with CODEX Multiplexed Imaging.Goltsev Y, Samusik N, et al.Cell, 2018研究目的系统解析正常与自身免疫性疾病状态下小鼠脾脏的免疫微环境空间架构。小鼠模型正常BALB/c小鼠 与 MRL/lpr狼疮模型小鼠系统性自身免疫病。样本与PCF(CODEX)参数脾脏冰冻切片24-plex抗体panel。关键发现建立了PCF(CODEX)技术体系, 开发了适用于高密度淋巴组织中的单细胞抗原定量算法管线, 揭示了”细胞邻域”cellular neighborhood对免疫细胞蛋白质受体表达的深远影响。研究系统比较了正常脾脏与MRL/lpr狼疮脾脏中细胞类型的空间重排发现了疾病状态下的细胞交互网络重塑。提出了”细胞护照”cell passport概念可精确定义组织中的每种细胞类型。骨骼肌再生与衰老的空间细胞图谱A single cell spatial temporal atlas of skeletal muscle reveals cellular neighborhoods that orchestrate regeneration and become disrupted in aging.Wang YX, Holbrook CA, et al.bioRxiv, 2022研究目的构建骨骼肌再生与衰老过程中的单细胞时空图谱解析多种细胞类型在肌肉修复中的空间协同作用。小鼠模型C57BL/6小鼠心脏毒素cardiotoxin诱导的肌肉损伤模型 和 自然衰老模型。样本与PCF(CODEX)参数骨骼肌冰冻切片32-plex抗体panel结合神经网络与机器学习分析。关键发现在单细胞分辨率下鉴定出34种细胞类型绘制了免疫细胞、成纤维/成血管细胞、血管、神经和肌肉干细胞及肌纤维的空间生态图谱。空间伪时间spatial pseudotime分析揭示了肌肉修复过程中有序形成的多细胞”邻域”结构免疫细胞在其中扮演节点性协调角色。巨噬细胞耗竭实验证实缺失巨噬细胞导致异常的细胞邻域形成阻碍肌肉修复。在衰老肌肉中细胞邻域被慢性炎症状态和自身免疫反应所破坏在去神经支配区域尤为显著。胰腺癌免疫微环境与三联疗法Activating Immune Recognition in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma via Autophagy Inhibition, MEK Blockade, and CD40 AgonismJiang H, Courau T, et al.Gastroenterology, 2022研究目的探索MEK抑制、自噬抑制与CD40激动剂三联疗法对”免疫冷”胰腺癌微环境的重编程效果。小鼠模型C57BL/6J小鼠 原位植入KPC来源的6694C2/FC1245胰腺癌细胞。样本与PCF(CODEX)参数胰腺肿瘤冰冻切片23-plex抗体panel结合CyTOF质谱流式。关键发现 MEK自噬共抑制通过STING/type I IFN通路激活肿瘤细胞进而将肿瘤相关巨噬细胞TAM极化为M1型免疫原性表。CD40激动剂进一步放大这一效应三联疗法cobimetinib mefloquine aCD40在”冷”肿瘤模型中成功激活细胞毒性T细胞应答。 PCF(CODEX)空间分析揭示了治疗后免疫细胞在肿瘤微环境中的空间再分布为胰腺癌免疫治疗提供了新的联合用药策略。力学驱动的植入物异物反应Allometrically scaling tissue forces drive pathological foreign-body responses to implants via Rac2-activated myeloid cells.Padmanabhan J, Chen K, et al.Nature Biomedical Engineering, 2023.研究目的解释为何小鼠模型无法复制人类植入物周围的严重异物反应FBR并鉴定关键力学传导机制。小鼠模型C57BL/6小鼠振动硅胶植入物模型模拟人体级别组织力学应力。样本与PCF(CODEX)参数植入体周围组织冰冻切片21-plex抗体panel。关键发现异物反应的严重程度由植入体表面的组织力tissue forces驱动根据异速生长规律随体型增大指数级增加。在人体和小鼠中病理性FBR均由RAC2机械传导信号介导与植入物化学性质无关。通过振动植入物在小鼠中施加人体级别组织力成功在小鼠中复制了人类级别的FBR分子、细胞和组织水平。药理学或遗传学抑制Rac2可显著减少FBR。COX2抑制增强放疗免疫应答Adjuvant COX inhibition augments STING signaling and cytolytic T cell infiltration in irradiated 4T1 tumors.Ridnour LA, Cheng RYS, et al.JCI Insight, 2024研究目的探索放疗联合NSAIDCOX抑制剂对三阴性乳腺癌抗肿瘤免疫的增强效应。小鼠模型BALB/c小鼠植入 4T1三阴性乳腺癌TNBC原位肿瘤。样本与PCF(CODEX)参数肿瘤冰冻切片31-plex抗体panel。关键发现临床队列显示COX2高表达的TNBC患者放疗疗效显著较差。放疗吲哚美辛indomethacin联合治疗显著减少原发肿瘤生长和肺转。PCF(CODEX)空间分析显示联合治疗后CD8和CD4 T细胞密度增加肿瘤免疫表型从”免疫荒漠”转向”炎症型” 。机制涉及cGAS/STING1和type I IFN通路的局部上调 。联合治疗改善了中位生存期。ApoE调控肺部巨噬细胞环境适应Apolipoprotein E controls Dectin-1-dependent development of monocyte-derived alveolar macrophages upon pulmonary β-glucan-induced inflammatory adaptation.Schlitzer A, et al.Nature Immunology, 2024研究目的阐明环境暴露如何通过ApoE信号调控肺部单核细胞来源的肺泡巨噬细胞分化与功能适应。小鼠模型C57BL/6J小鼠鼻内β-葡聚糖β-glucan暴露模型。样本与PCF(CODEX)参数肺组织冰冻切片17-plex抗体panel结合单细胞转录组和流式细胞术。关键发现单次低剂量鼻内β-glucan刺激诱导产生ApoECD11b单核来源肺泡巨噬细胞MoAMs可持续存在21天。 PCF(CODEX)高维成像在肺组织原位确认了ApoECD11b AMs的蛋白质共表达表型CD11b/ApoE/GPNMB。ApoECD11b AMs表现为高糖酵解、高吞噬活性、高IL-6分泌。骨髓细胞特异性ApoE敲除阻断了Ly6c单核细胞向ApoECD11b AM的分化。这些细胞在嗜肺军团菌感染和博来霉素诱导肺纤维化模型中均表现出保护性效应。胰腺癌中单核细胞-巨噬细胞的时空演变Timing and location dictate monocyte fate and their transition to tumor-associated macrophages.Dunsmore G, Guo W, et al.Science Immunology, 2024研究目的解析胰腺癌中单核细胞向肿瘤相关巨噬细胞TAM分化的时间与空间规律。小鼠模型Ms4a3Cre x RosatdTomato单核细胞命运示踪小鼠 KPC原位胰腺癌模型。样本与PCF(CODEX)参数胰腺肿瘤组织冰冻切片21-plex抗体panel结合单细胞转录组、Infinity Flow270种表面蛋白筛选和谱系示踪。关键发现约90%的胰腺癌TAMs来自循环单核细胞GMP来源胚胎来源的TAMs保留组织驻留巨噬细胞特征。单核细胞首先分化为短暂的中间态TAM1CCR2CD64进而生成两群长寿命终末分化TAMsTAM2CD73和TAM3CD36CD11c。TAM2和TAM3在肿瘤内占据不同的空间位置具有不同的功能特征。人类PDAC样本中存在平行的TAM亚群且与预后相关。通过时间戳time-stamping实验精确追踪了不同肿瘤阶段的单核细胞贡献。NKp46 ILC1放大狼疮肾炎器官损伤Amplification of autoimmune organ damage by NKp46-activated ILC1s.Biniaris-Georgallis SI, Aschman T, et al.Nature, 2024研究目的解析系统性红斑狼疮肾炎中炎症信号的层级放大机制鉴定组织特异性炎症枢纽。小鼠模型NZB/W F1雌性狼疮肾炎小鼠结合poly(I:C)加速发病。样本与PCF(CODEX)参数肾脏冰冻切片28-plex抗体panel结合单细胞转录组学和抗体阻断实验。关键发现肾脏组织驻留的NKp46 ILC1s是狼疮肾炎中炎症放大的关键枢纽。NKp46信号在特定ILC1亚群中驱动非常规的免疫调节转录程序包括表达髓系生长因子CSF2 。CSF2促进单核细胞来源巨噬细胞的群体扩增巨噬细胞进入上皮细胞区域导致上皮损伤。NKp46受体阻断抗体mNCR1.15或NKp46基因敲除均能消除上皮细胞损伤。人类狼疮肾炎中存在相同的细胞和分子模式。视黄酸驱动真皮纤维化与再生修复Multi-omic analysis reveals retinoic acid molecular drivers for dermal fibrosis and regenerative repair in the skin.Griffin M, Guo JL, et al.Cell Stem Cell, 2025研究目的鉴定驱动皮肤纤维化的关键成纤维细胞亚群和信号通路并寻找预防和逆转纤维化的治疗靶点。小鼠模型C57BL/6小鼠 博来霉素bleomycin诱导皮肤纤维化模型。样本与PCF(CODEX)参数皮肤组织39-plex抗体panel整合单细胞转录组scRNA-seq、单细胞表观组scATAC-seq、空间转录组Visium的多组学分析。关键发现通过机器学习量化294种纤维特征精确界定了纤维化进展和消退的时间窗口d12为纤维化高峰d35完全消退。鉴定出Cyp26b1成纤维细胞亚群是纤维化的核心驱动群体。该亚群在不同组学层面得以验证scRNA-seq → scATAC-seq → Visium空间转录组 → PCF(CODEX)空间蛋白定位。CYP26B1小分子抑制剂talarozole可预防和逆转博来霉素诱导的皮肤纤维化。胰岛驻留巨噬细胞的抗氧化程序保护β细胞An islet-resident macrophage antioxidant program preserves β cell physiology.Grosjean A, Jalon A, et al.Science Immunology, 2025研究目的解析胰岛驻留巨噬细胞IRMs的异质性、起源及其在胰岛β细胞生理中的支持功能。小鼠模型C57BL/6J健康小鼠、Ms4a3Cre/RosatdTom单核细胞示踪小鼠、Ms4a3CreERT2可诱导示踪小鼠。样本与PCF(CODEX)参数胰腺冰冻切片15-plex抗体panel结合单细胞转录组学和3D共聚焦成像。关键发现PCF(CODEX)分析在胰腺中鉴定出5个巨噬细胞亚群其中IRMs为CD169−MHCII高度富集于胰岛内部。CD206巨噬细胞位于胰岛边界基膜外与IRMs属于不同群体。成年小鼠中约一半IRMs来自循环单核细胞但周转率极低成年期~1%/10天。scRNA-seq揭示4个IRM细胞状态其中SLC7A11CD9high IRMs具有增强的抗氧化防御、线粒体活性和铁-脂代谢程序。Slc7a11 IRMs维持β细胞氧化还原稳态和胰岛素分泌。内皮细胞TGFβ信号驱动肺间质巨噬细胞发育Endothelial-driven TGFβ signaling supports lung interstitial macrophage development from monocytes.Peng W, Vanneste D, et al.Science Immunology,2025研究目的解析肺间质巨噬细胞IMs从单核细胞分化的微环境信号及其在肺稳态维持中的功能。小鼠模型C57BL/6小鼠髓系特异性Tgfbr2敲除小鼠、内皮特异性Tgfb1敲除小鼠。样本与PCF(CODEX)参数肺组织冰冻切片28-plex抗体panel结合单细胞转录组学、骨髓嵌合体和谱系示踪。关键发现vWF血管内皮细胞产生的Tgfβ1是塑造IM核心身份的微环境信号。髓系Tgfβ受体信号破坏导致单核细胞无法完全分化为功能性IMs在血管周围积累未成熟单核细胞。IM-Tgfβ信号缺失触发年龄相关的肺力学异常、过度充气和胶原沉积。内皮特异性Tgfb1缺失表型与髓系Tgfbr2缺失一致阐明了内皮-IM轴维持肺组织完整性的机制。瘤周巨噬细胞招募嗜酸性粒细胞抗肿瘤Peritumoral macrophages recruit eosinophils to promote antitumor immune responses in breast cancer.Saglimbeni J, Esteva E, et al.PNAS, 2025研究目的鉴定乳腺组织巨噬细胞MTMs在乳腺癌进展和抗肿瘤免疫中的定位与功能。小鼠模型雌性 MMTV-PyMT自发乳腺癌转基因小鼠涵盖9-21周龄的多个疾病阶段。样本与PCF(CODEX)参数乳腺肿瘤冰冻切片33-plex抗体panel。关键发现与TAM不同MTMsF4/80CD206位于肿瘤周围基质Lyve-1进一步细分MTM亚群 。MTMs与嗜酸性粒细胞eosinophils在瘤周区域共定位。MTM耗竭加速了肿瘤发生自发模型和原位移植模型均验证。Treg耗竭诱导的抗肿瘤免疫应答中MTMs呈替代激活状态并表达嗜酸性粒细胞趋化因子eotaxins。MTMs表达IL-33受体IL-33可诱导MTM激活和嗜酸性粒细胞募集。GAS6-AXL信号驱动口腔黏膜无疤痕再生Growth arrest specific-6 and angiotoxin receptor-like signaling drive oral regenerative wound repair.Griffin MF, Cook J, et al.Science Translational Medicine, 2025研究目的解析口腔黏膜无疤痕再生的分子机制并探索在皮肤中模拟这一再生过程的可能性。小鼠模型C57BL/6小鼠口腔黏膜面部皮肤配对创伤模型2.5mm打孔。样本与PCF(CODEX)参数伤口组织冰冻切片41-plex抗体panel结合scRNA-seq和功能实验。关键发现 scRNA-seq鉴定出9个成纤维细胞亚群口腔中以Fibroblast 2LumAebp1为主导皮肤中以Fibroblast 1Prrx1Enpp2为主导。口腔成纤维细胞通过GAS6-AXL信号抑制纤维化相关的力学信号传导FAK通路。AXL抑制或敲低使口腔伤口变为纤维化愈合。在面部皮肤中外源GAS6刺激AXL可使伤口以再生方式愈合胶原排列和沉积均改善。 罕见的人口腔疤痕中GAS6和AXL表达降低FAK增加。15-PGDH抑制促进关节软骨再生Inhibition of 15-hydroxy prostaglandin dehydrogenase promotes cartilage regeneration.Singla M, Wang YX, et al.Science, 2025研究目的探索15-PGDH抑制对老年和创伤后骨关节炎中软骨再生的效果与机制。小鼠模型老年小鼠24月龄自然退变模型 和 年轻小鼠胫骨压缩ACL断裂创伤后骨关节炎PTOA模型。样本与PCF(CODEX)参数膝关节软骨冰冻切片26-plex抗体panel结合scRNA-seq。关键发现15-PGDH在老年和损伤关节软骨中表达显著增加。系统性腹腔注射或局部关节腔注射给予15-PGDH小分子抑制剂SW033291PGDHi均能诱导软骨再生。PCF(CODEX)鉴定了软骨中的主要软骨细胞亚群。PGDHi减少了表达15-PGDH的肥大样软骨细胞增加了ECM合成型关节软骨细胞。再生软骨为透明软骨articular cartilage而非纤维软骨表达COL-2、Aggrecan和Lubricin。再生机制是已有软骨细胞的基因重编程而非干细胞增殖。胚胎起源决定成纤维细胞疤痕潜能Fibroblasts of disparate developmental origins harbor anatomically variant scarring potential.Griffin MF, Li DJ, et al.Cell, 2026研究目的揭示不同胚胎起源的成纤维细胞为何在创伤后产生显著不同的疤痕结局。小鼠模型C57BL/6小鼠面部/头皮/腹部/背部四处皮肤创伤模型。样本与PCF(CODEX)参数伤口皮肤冰冻切片41-plex抗体panel结合scRNA-seq和成纤维细胞移植实验。关键发现神经嵴来源的面部成纤维细胞相比中胚层来源的背侧成纤维细胞创伤后疤痕显著更少。面部成纤维细胞高表达ROBO2和EID1。ROBO2和EID1通过抑制EP300组蛋白乙酰转移酶使染色质处于转录沉默状态抑制促纤维化基因表达。小分子或转基因抑制EP300使背部伤口以面部样模式愈合减少疤痕SLIT2-ROBO2-EID1-EP300通路的操作成功将疤痕易感的背侧伤口转化为面部样低疤痕愈合。CD153CD4 T细胞-成纤维细胞交互驱动干燥综合征A CD4 T cell-fibroblast crosstalk exacerbates autoimmunity in a mouse model of primary Sjögren disease.Otsuka K, Kondo H, et al.Nature Communications, 2026研究目的鉴定原发性干燥综合征中致病性CD4 T细胞亚群及其与非免疫细胞成纤维细胞的交互作用。小鼠模型原发性干燥综合征pSjD模型小鼠。样本与PCF(CODEX)参数唾液腺 FFPE切片22-plex抗体panel。关键发现scRNA-seq首次鉴定了疾病特异性CD153CD4 T细胞亚群。CD153CD4 T细胞与CD30组织驻留成纤维细胞在病变组织中相互作用。CD153-CD30轴促进成纤维细胞增殖和趋化因子分泌进一步驱动免疫细胞浸润形成正反馈回路。该轴驱动三级淋巴结构TLS形成。敲除CD4 T细胞的CD153或中和成纤维细胞来源的趋化因子均可减少淋巴细胞浸润阻止自身免疫病理。 CD153-CD30轴与人类患者疾病严重程度正相关。黏膜疫苗提供广谱呼吸道保护Mucosal vaccination in mice provides protection from diverse respiratory threats.Zhang H, Floyd K, et al.Science, 2026研究目的开发可提供广谱、持久呼吸道保护的鼻内黏膜疫苗。小鼠模型C57BL/6小鼠鼻内TLR4/TLR7/8配体OVA疫苗。后续用SARS-CoV-2、SARS、SCH014冠状病毒、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌等攻击。样本与PCF(CODEX)参数肺组织 FFPE切片24-plex抗体panel。关键发现鼻内GLA-3M-052-LSOVA疫苗提供至少3个月的广谱保护覆盖病毒多种冠状病毒、细菌金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌和过敏原。保护由OVA特异性CD4和CD8记忆T细胞介导这些细胞在肺中持续存在并重塑肺泡巨噬细胞。疫苗接种通过表观基因组重塑重编程肺泡巨噬细胞增强其抗原呈递和抗病毒能力。感染后接种小鼠快速产生病原体特异性T细胞和抗体应答并形成异位淋巴结构ectopic lymphoid structures 。慢性髓系白血病骨髓微环境的时空单细胞图谱High-dimensional spatiotemporal single-cell atlas and 3D imaging of the bone marrow microenvironment during CML progression.Li L, Rottmann I, et al.Blood, 2026研究目的构建慢性髓系白血病CML进展过程中骨髓微环境的时空单细胞图谱。小鼠模型C57BL/6免疫健全小鼠静脉注射BCR::ABL1-GFP转导的lin−Sca-1c-kit骨髓细胞建立急变期CML模型在诱导后7天、14天和21天采集股骨。样本与PCF(CODEX)参数股骨冰冻切片54-plex抗体panel。共成像55个ROI2-3个/骨分析共2,033,725个单细胞鉴定41种细胞类型。整合3D光片显微镜。关键发现CML进展中骨髓微环境全面重塑髓系和祖细胞扩增、PD-L1白血病细胞增加、CD4/CD8 T细胞上PD-1上调、B细胞/浆细胞/骨细胞严重丢失。晚期CML出现未成熟、缺乏周细胞的血管大量扩增破坏HSPC血管微环境。空间分析揭示白血病特异性细胞邻域富含PD-1CD8 T细胞的局部免疫耗竭区域。巨核细胞MKs在CML中数量增加但形态异常结构缺陷、CD34未成熟表型这些特征也存在于CML患者骨髓活检中。通过激光捕获显微切割RNA-seq发现CML患者MKs中细胞骨架基因表达降低。3D成像揭示了骨干骺端区域特异性的血管紊乱和MKs耗竭。AML对照实验显示血管减少和MKs减少但剩余MKs形态正常说明这些改变是CML特异的。小结趋势与规律1. 抗体panel规模持续扩大从2018年Cell论文的24-plex到2026年Blood论文的54-plexPCF(CODEX)在小鼠模型中的检测通量增长了2倍以上。2. 覆盖组织与疾病类型丰富: 脾脏、骨髓、胰腺癌、乳腺癌、纤维化皮肤、疤痕、植入物、新冠肺组织、肌肉再生、软骨、狼疮肾炎、干燥综合征、胰岛。3. 技术整合日趋多维PCF(CODEX)正从”单一空间蛋白质组”走向多组学空间整合——与scRNA-seq、scATAC-seq、空间转录组Visium、流式质谱CyTOF、3D光片显微镜、激光捕获显微切割bulk组学等技术多层次交叉验证。4. 从描述走向功能干预早期研究以描述性空间图谱为主近期研究越来越多地通过基因敲除/药物阻断/受体阻断抗体等进行功能性空间验证证明PCF(CODEX)空间数据所揭示的细胞邻域和交互是功能相关的。PCF-80空间单细胞蛋白组旗舰产品Panel更大洞察更深PCF-80全面覆盖免疫细胞谱系、肿瘤细胞表型、T细胞功能状态、B细胞/TLS相关反应、髓系细胞异质性、免疫检查点、CAF与基质重塑、血管/淋巴管结构、细胞增殖、缺氧、代谢重编程及细胞命运调控等多个生物学维度。该panel可在组织中实现高维蛋白标志物的原位空间检测用于系统解析组织微环境中的细胞组成、功能状态、空间邻域及细胞互作关系为肿瘤免疫微环境、免疫治疗响应/耐药、TLS形成、TAM功能分型、CAF屏障、血管重塑和空间生物标志物挖掘等研究提供多维度空间蛋白组学分析框架。华盈生物空间多模态研究体系PCF空间单细胞蛋白组成像示例