髓源性纤维细胞富集与肌成纤维细胞适应性驱动髓核纤维化并关联椎间盘退变严重程度

编辑推荐 本研究针对椎间盘退变（IDD）中髓核（NP）纤维化的细胞起源问题，通过整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据与小鼠模型，首次揭示髓源性纤维细胞（CD45+COL1A1+）通过TGF-β通路分化为肌成纤维细胞（α-SMA+），促进NP纤维化。CD11b-DTR小鼠模型证实清除纤维细胞可显著缓解退变，为IDD治疗提供新靶点。

　　

论文解读

背景与科学问题
椎间盘退变（IDD）是导致慢性腰背痛的主要病因，其核心病理特征是髓核（NP）组织纤维化——正常胶状髓核被纤维化瘢痕替代，伴随胶原II/aggrecan降解和胶原I沉积。尽管已知局部NP细胞（NPC）可转分化为肌成纤维细胞（α-SMA⁺），但近年研究发现退变NP中存在大量免疫细胞浸润，提示髓源性细胞可能参与纤维化。然而，这些细胞的真实身份及其在IDD中的作用机制仍是未解之谜。

研究设计与技术方法
香港大学等机构的研究团队整合4项已发表的人类NP单细胞RNA测序数据集（31例样本，涵盖非退变至重度退变），结合免疫荧光、流式细胞术及CD11b-DTR转基因小鼠模型（通过白喉毒素选择性清除髓系细胞），系统解析了NP纤维化的细胞起源。关键技术包括：跨数据集scRNA-seq整合分析、CD45⁺COL1A1⁺双标纤维细胞鉴定、体内外TGF-β通路功能验证。

主要结果

1. 退变NP中肌成纤维细胞表型富集
单细胞聚类发现，退变NP中纤维化亚群（FibroNP）高表达α-SMA、FAP和FSP1，且比例随退变程度增加（重度退变中占30%）。免疫染色证实，人退变NP组织中α-SMA⁺细胞比例较非退变组织升高3倍（4.8% vs 14%），培养的退变NPC更易呈现扁平肌成纤维细胞形态。

2. 髓源性纤维细胞的鉴定与功能
scRNA-seq揭示一类共表达CD45（PTPRC）和胶原I（COL1A1）的罕见细胞群（占退变NP 0.1%），符合纤维细胞特征。这些细胞进一步分为免疫细胞来源（如巨噬细胞样fib-M）和NPC来源（如fib-fNP）亚群，均高表达TGF-β响应基因（如HTRA1、ANGPTL4）。CellChat分析提示纤维细胞通过periostin（POSTN）-ITGB5轴与FibroNP互作。

3. 小鼠模型中纤维细胞的动态行为
在针刺诱导的小鼠IDD模型中，GFP⁺CD11b⁺细胞在损伤后3天侵入NP，2周时达峰值（占NPC 35%），其中60%分化为α-SMA⁺肌成纤维细胞。值得注意的是，8周时CD45⁺α-SMA⁺细胞减少，提示纤维细胞可能通过转分化失去CD45标记。

4. 纤维细胞清除缓解退变
CD11b-DTR小鼠注射白喉毒素后，NP中GFP⁺细胞减少50%，伴随胶原沉积下降和椎间盘高度恢复（8周时高度损失从28.4%降至17.2%）。组织学显示DT组NP边界完整、蛋白聚糖保留，但仍有40%α-SMA⁺细胞残留，证实非髓源细胞（如原位NPC）也参与纤维化。

结论与意义
该研究首次阐明髓源性纤维细胞是NP纤维化的关键效应细胞，其通过TGF-β依赖性途径分化为肌成纤维细胞，直接推动IDD进展。靶向清除CD11b⁺纤维细胞或阻断其分化（如抑制HTRA1/ANGPTL4）可能成为延缓IDD的新策略。研究同时提出“双源纤维化”模型：早期由浸润纤维细胞主导，后期则由原位NPC转分化维持，为理解IDD异质性提供了新视角。论文发表于《Bone Research》，为椎间盘修复治疗开辟了免疫微环境调控的新方向。