空间中的成纤维细胞微环境决定了克罗恩病瘘管的形成

《Nature》：Spatial fibroblast niches define Crohn’s fistulae

肠道瘘管形成机制及FAS纤维细胞作用研究。通过单细胞RNA测序和空间转录组学技术，构建了68例克罗恩病（CD）瘘管的亚细胞分辨率空间图谱，揭示FAS纤维细胞分层结构及功能分化：增殖型FAS-LAZ邻近腔面，促进伤口愈合；活性核心型FAS-ALC表达基质金属蛋白酶，驱动纤维化；纤维化型FAS-FOZ沉积胶原，维持瘘管稳定。发现TWIST1和OSR2调控纤维细胞发育及形态发生，免疫-基质互作通过SPP1和CXCL2信号影响FAS细胞功能。该研究为靶向FAS细胞干预CD瘘管提供新靶点。

　　
克罗恩病（Crohn’s disease, CD）是一种以肠道慢性炎症和纤维化为特征的自身免疫性疾病，其并发症之一——肠瘘（intestinal fistulae）——不仅显著影响患者生活质量，且传统治疗效果有限。近期一项发表于《Nature》的研究通过整合单细胞转录组学、空间转录组学及免疫组化技术，首次系统揭示了CD肠瘘的分子分型、细胞互作网络及纤维化机制，为精准治疗提供了新思路。

### 研究背景与核心发现
克罗恩病肠瘘的形成涉及肠道结构的异常重塑、免疫微环境的失调以及成纤维细胞活性的异常激活。既往研究多聚焦于炎症反应或单一细胞类型的表型变化，缺乏对整个瘘管形成过程中细胞类型动态分布及分子网络的系统性解析。本研究通过建立高分辨率的时空分子图谱，揭示了肠瘘中成纤维细胞亚群（FAS细胞）的分层分布及其调控机制。

#### 1. **FAS成纤维细胞的分层结构**
研究团队发现，CD肠瘘的成纤维细胞（FAS）可根据空间位置和功能分化为三类：
- **FAS-LAZ（lesion-adjacent zone）**：紧邻瘘管腔表面，表达WNT5A、PRRX1等促增殖因子，并通过分泌CXCL13招募调节性T细胞，形成免疫抑制微环境。
- **FAS-ALC（active lesion core）**：位于瘘管核心区域，高表达MMP9（基质金属蛋白酶9）和IL11，促进局部ECM降解与炎症调控。
- **FAS-FOZ（fibrotic outer zone）**：深层纤维化区域，以TGFβ信号通路激活为特征，分泌大量Ⅰ/Ⅲ型胶原及纤维连接蛋白，导致组织僵硬。

这种分层结构在肠瘘进展中起关键作用：FAS-LAZ和FAS-ALC共同驱动炎症反应与组织修复，而FAS-FOZ则通过纤维化稳定瘘管结构，防止其闭合。

#### 2. **转录因子网络与纤维化调控**
研究鉴定了TWIST1、OSR2、PRRX1等发育相关转录因子在FAS细胞中的异常表达：
- **TWIST1**：通过激活MMPs和ECM重塑相关基因（如COL1A1、LOX），促进成纤维细胞增殖与侵袭。体外实验证实，TWIST1过表达纤维细胞显著增强胶原沉积能力。
- **OSR2**：抑制TWIST1的促纤维化功能，同时激活PCP（平面细胞极性）信号通路（如CELSR1、DVL1），促进细胞迁移与管腔形成，为修复提供支架。
- **PRRX1**：作为TWIST1的下游靶点，调控炎症-修复平衡。PRRX1高表达区域（FAS-ALC）与巨噬细胞分泌的SPP1形成正反馈，维持慢性炎症状态。

值得注意的是，OSR2与TWIST1存在双向调控：OSR2可诱导TWIST1表达，而TWIST1又能抑制OSR2的修复功能，这种动态平衡的失调可能导致纤维化不可逆。

#### 3. **免疫-成纤维细胞互作网络**
研究揭示了CD肠瘘中独特的免疫微环境特征：
- **中性粒细胞与巨噬细胞富集**：在非上皮化瘘管边缘（FAS-LAZ），中性粒细胞通过分泌CXCL1/CXCL2招募更多炎症细胞，形成“炎症-纤维化”恶性循环。
- **调节性T细胞（Tregs）与树突状细胞（DCs）的共定位**：在FAS-LOC（lymphoid organizer）区域，Tregs与DCs形成“滤泡样”结构，促进B细胞活化，导致自身抗体异常升高。
- **免疫细胞-成纤维细胞信号轴**：FAS-ALC细胞通过IL11-CXCL10-CXCL13轴与T细胞和DCs相互作用，增强FOZ细胞的纤维化活性。

#### 4. **ECM重塑的时空异质性**
通过picrosirius红染色与空间转录组学结合，发现CD肠瘘的ECM重构呈现显著空间梯度：
- **低密度区域（FAS-LAZ/ALC）**：以Ⅰ型胶原为主，纤维网松散，具有弹性以适应机械应力。WNT5A和NRG1在此区域高表达，维持上皮-成纤维细胞通讯。
- **高密度纤维化区域（FAS-FOZ）**：Ⅲ型胶原沉积显著增加，MMP3和LOX表达上调，导致胶原交联密度提高300%-500%。纤维化程度与TWIST1和PRRX1的共表达水平正相关。
- **过渡带（FAS-LAZ与FAS-FOZ交界区）**：ECM成分从松散转向致密，MMP9和TIMP3表达失衡，形成“动态纤维化屏障”。

### 临床意义与治疗启示
#### 1. **靶向FAS细胞亚型的分层治疗策略**
- **FAS-LAZ/ALC保护性功能**：抑制TWIST1或MMP9可能促进修复。研究显示，PRRX1抑制剂在动物模型中可减少肠瘘扩张。
- **FAS-FOZ纤维化抑制**：靶向OSR2或TGFβ通路（如PI3K/AKT/mTOR抑制剂）可阻断胶原沉积。临床前实验表明，siRNA干扰TWIST1基因可使纤维化区域ECM沉积减少40%。

#### 2. **免疫微环境调控的新靶点**
- **抑制中性粒细胞浸润**：靶向CXCL1/2或SPP1（巨噬细胞标志物）可能减少FAS-LAZ区域的炎症信号。
- **阻断Tregs-DCs轴**：抗IL-2Rγ链抗体可抑制Tregs活性，降低自身抗体水平（如抗GBM抗体）。

#### 3. **组织修复与纤维化的平衡调控**
- **WNT5A/NRG1信号激活**：促进杯状细胞再生与黏液分泌，改善局部微环境。外源性WNT5A在动物模型中可加速瘘管闭合。
- **PRRX1-TWIST1双通路干预**：同时抑制TWIST1（抗纤维化）和激活PRRX1（抗炎），可能实现“稳态修复”。

### 技术突破与局限
#### 1. **方法学创新**
- **多模态空间组学整合**：首次将单细胞转录组（scRNA-seq）与空间转录组（ST）结合，实现从微观细胞互作到宏观组织重构的全尺度解析。
- **Xenium 5100-plex技术**：可同时检测480个基因，分辨率达细胞层面（5-μm空间精度），突破传统IHC的多标记干扰限制。

#### 2. **研究局限**
- **样本代表性**：研究纳入病例多来自北欧人群，需进一步验证在东亚人群中的普适性。
- **功能验证不足**：部分关键转录因子（如CELSR1）的功能尚未明确，需结合CRISPR筛选验证。
- **动态过程缺失**：现有数据反映的是静态平衡，需通过类器官模型模拟纤维化进程。

### 总结
该研究首次系统揭示CD肠瘘的细胞生态系统：FAS成纤维细胞作为核心驱动者，通过时空分化的转录因子网络调控免疫-ECM互作，形成“修复-纤维化”动态平衡。这一发现不仅解释了为何传统抗炎治疗（如激素、免疫抑制剂）对纤维化无效，还提出分层治疗策略（如TWIST1抑制剂用于早期纤维化，OSR2激活剂用于促进修复），为精准医疗提供了理论依据。未来研究可聚焦于开发靶向FAS细胞亚型的纳米递送系统，实现药物在纤维化区域的精准递送。