婴儿喘息表型与呼吸道合胞病毒感染协同作用对气道上皮发育的重编程机制研究

为解决儿童哮喘气道上皮发育异常的机制问题，研究人员通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析2-3岁儿童的鼻上皮细胞(NAECs)，发现喘息表型与婴儿期RSV感染协同导致上皮分化轨迹改变、屏障通透性增加及抗病毒反应减弱，为哮喘早期干预提供新靶点。

　　

研究背景
儿童哮喘被部分认为是气道上皮发育障碍性疾病，但其早期发育异常机制尚不明确。呼吸道合胞病毒(RSV)作为婴儿期最常见的呼吸道病原体，与哮喘风险显著相关，然而RSV如何与宿主因素协同影响上皮发育仍是未解之谜。更关键的是，喘息（wheeze）作为哮喘的前驱症状，其特有的上皮表型从未在单细胞层面被解析。

研究设计与方法
美国范德堡大学团队利用INSPIRE出生队列，筛选出2-3岁儿童的鼻上皮细胞(NAECs)，按婴儿期是否发生喘息和RSV感染分为四组。通过气液界面(ALI)培养模拟上皮分化过程，结合单细胞RNA测序(scRNA-seq)和体外RSV感染实验，系统评估了发育轨迹、屏障功能及抗病毒反应。关键技术包括：队列样本分层（n=9用于scRNA-seq，n=5-6/组用于功能验证）、ALI分化培养、跨上皮电阻(TEER)检测、RSV 01/2-20株体外感染模型。

主要结果

1. 喘息表型驱动上皮发育轨迹异常
scRNA-seq鉴定出17种上皮亚群，喘息组显示基底细胞活化标志（WNT/Notch通路基因上调）和分泌细胞（杯状/俱乐部细胞）比例增加。轨迹分析揭示喘息组出现"早期发育启动-延迟成熟"的异时性分化模式，基底细胞中纤维连接蛋白(FN1)等细胞外基质基因显著上调。

2. RSV感染放大喘息相关缺陷
喘息+RSV组表现出最显著的分化异常：

• 基底细胞中PAI-2(SERPINB2)和JAG1表达增加2倍
• 抗病毒基因MX1和IFNAR1表达降低50%
• TEER值下降30%，提示屏障功能受损

3. 受体多样性增加与感染易感性
喘息组上皮细胞表达所有已知RSV受体（IGF1R/EGFR等），体外感染实验显示：

• 喘息+RSV组的RSV M基因拷贝数较对照组高3倍
• IFN-λ(IFNL2)和IFN-β分泌减少60%，证实抗病毒反应缺陷

讨论与意义
该研究首次揭示喘息表型存在气道上皮发育的"表观遗传重编程"，表现为：

1. 双重打击假说：遗传/表观遗传因素（喘息表型）与环境因素（RSV）协同破坏上皮稳态，其中喘息表型驱动基底细胞异常活化，而RSV感染进一步放大分化缺陷。
2. 临床转化价值：发现KRT15下调、KRT13+hillock细胞增多等特征可作为早期生物标志物，为哮喘高危儿童筛查提供新思路。
3. 治疗新靶点：靶向PAI-2/tPA系统或可纠正发育轨迹，而恢复IFNAR1信号可能改善抗病毒防御。

发表于《SCIENCE ADVANCES》的这项研究，为理解哮喘起源提供了发育生物学视角，证实鼻上皮可作为下呼吸道研究的替代模型，为开发针对上皮屏障的预防策略奠定基础。