mTOR失调通过IL-6诱导肺泡2型细胞衰老阻碍淋巴管平滑肌瘤病肺修复的机制研究

本研究针对淋巴管平滑肌瘤病(LAM)肺损伤修复机制，通过单细胞测序、类器官共培养模型和多组学分析，发现mTOR信号失调促使LAM细胞分泌IL-6，诱导肺泡2型(AT2)细胞衰老并阻碍上皮修复。关键发现显示IL-6受体拮抗剂Tocilizumab联合mTOR抑制剂可显著改善损伤修复，为LAM治疗提供新策略。论文发表于《Nature Communications》。

　　

在罕见病淋巴管平滑肌瘤病(Lymphangioleiomyomatosis, LAM)的研究领域，科学家们长期面临一个关键难题：为何患者肺部会出现进行性囊肿病变和呼吸功能衰竭？虽然已知TSC2基因缺失导致的mTOR信号通路失调是LAM的核心机制，但传统的mTOR抑制剂治疗并不能完全阻止肺功能下降，这表明还存在其他重要机制参与疾病进展。

近年来，细胞衰老(senescence)现象在多种年龄相关疾病中被广泛关注，但在LAM这类主要影响育龄女性的罕见病中，其作用尚未明确。衰老细胞会分泌大量炎症因子和蛋白酶，形成衰老相关分泌表型(SASP)，可能影响周围组织的修复能力。肺泡2型(AT2)细胞作为肺部的干细胞，负责肺泡上皮的维持和修复，其功能状态对肺组织稳态至关重要。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，英国诺丁汉大学为首的跨国研究团队深入探索了mTOR失调、细胞衰老和肺修复障碍三者之间的内在联系。研究人员利用多种技术手段，包括单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析来自13例LAM肺移植患者的样本、建立3D类器官共培养模型、激光捕获显微切割技术分离LAM结节进行转录组分析，以及使用Tsc2基因敲除小鼠模型进行功能验证。

研究团队首先在LAM患者肺组织中发现衰老标志物p21、p16和SenMayo基因集的表达显著升高。通过免疫组化染色，他们证实这些衰老标志物主要位于LAM结节周围的肺泡2型(AT2)细胞中，而在健康对照肺组织中几乎检测不到。特别值得注意的是，单细胞测序数据显示p21在LAM核心细胞(LAMCORE)和AT1/AT2过渡细胞(PATS)中表达最为丰富。

为了探究衰老现象的时空动态变化，研究人员按肺功能将患者分为不同疾病阶段组。分析发现，随着疾病进展，衰老细胞类型发生明显变化：早期疾病中主要出现p16/TCF21双阳性间充质细胞（衰老的LAM相关成纤维细胞），中度疾病阶段AT2细胞衰老比例接近10%，而只有在最晚期疾病中才能观察到PNL2/p16双阳性LAM细胞（衰老的LAM细胞）。

机制研究表明，mTOR信号失调的LAM细胞分泌IL-6，通过旁分泌作用诱导AT2细胞衰老。体外实验显示，TSC2缺失的LAM细胞与LAM相关成纤维细胞(LAFs)共培养时，IL-6分泌量显著增加。重组IL-6处理能直接诱导AT2细胞类器官表达p16和p21，并抑制上皮伤口修复过程。更重要的是，IL-6受体拮抗剂Tocilizumab能够逆转这种修复障碍，与mTOR抑制剂雷帕霉素联合使用时效果尤为显著。

临床相关性分析进一步证实，88例LAM患者血清IL-6水平显著高于健康对照，且与肺功能指标（FEV1、DLco）、六分钟步行距离等临床参数呈负相关。值得注意的是，血清IL-6水平与疾病活动度指标VEGF-D无相关性，提示IL-6升高可能反映了mTOR非依赖性机制。

研究还发现，mTOR抑制剂对衰老表型的影响取决于治疗时机。在Tbx4CreTsc2KO小鼠模型中，早期使用雷帕霉素几乎完全阻止了AT2细胞衰老和空气腔扩大；然而在Tsc2缺失同种移植模型中，疾病建立后再给予雷帕霉素治疗虽能降低IL-6水平，却不能有效清除已形成的衰老细胞。这一发现得到了人类数据的支持：一例接受mTOR抑制剂治疗的患者单细胞测序显示AT2细胞衰老相关基因表达降低，但另一例晚期患者肺移植样本中仍检测到p16阳性细胞。

通过激光捕获显微切割和RNA测序技术，研究人员发现LAM结节中481个基因上调、500个基因下调，通路富集分析显示mTOR信号、ECM组织、TGFβ反应和整合素信号等通路异常活跃。细胞通讯分析预测AT2细胞中IL6R、TNFSF1A、IGF1R和ESR2等受体激活，这些受体均位于p21信号的上游。

研究的创新性在于首次揭示了LAM中细胞衰老的动态演变过程：早期mTOR失调的LAM细胞通过分泌IL-6诱导AT2细胞衰老；随着疾病进展，LAM结节中成纤维细胞聚集并发生衰老，进一步放大SASP效应；晚期部分LAM细胞自身也进入衰老状态。这种多细胞间的衰老网络共同导致肺修复功能受损。

该研究的临床意义在于提出了联合靶向治疗的新策略：mTOR抑制剂联合IL-6信号阻断可能更有效地延缓LAM进展，特别是在疾病晚期当衰老表型已经建立时。此外，血清IL-6水平可能作为反映疾病活动和治疗反应的新型生物标志物。

总的来说，这项研究不仅深化了对LAM发病机制的理解，也为开发新的治疗策略提供了重要理论基础。针对细胞衰老和SASP的治疗策略可能尤其适用于对mTOR抑制剂反应不佳的晚期患者，为改善LAM患者预后带来了新的希望。