辐射诱发的心脏损伤的免疫学特征

《VIEW》：Immunological landscape of radiation-induced cardiac injury

辐射性心脏病（RIHD）的免疫微环境动态变化及纤维化机制研究。采用单细胞RNA测序技术分析 irradiated小鼠心脏免疫细胞亚群，发现巨噬细胞比例显著下降，单核细胞、T细胞、树突状细胞（DCs）比例上升，B细胞和NK细胞在7天后下降后35天达峰，中性粒细胞7天达峰。巨噬细胞亚群中，MHCII+_Ccr2+亚群与SPP1高表达相关，并通过SPP1-CD44轴促进心肌纤维化。免疫细胞凋亡与增殖相关基因在35天达峰，提示时间依赖性炎症与纤维化机制。研究为RIHD预防和治疗提供新靶点。

　　辐射诱导心脏疾病（Radiation-Induced Heart Disease, RIHD）是放射治疗过程中一个重要的并发症，其对患者生存质量的影响不容忽视。随着现代放射治疗技术的进步，癌症患者的总体生存率显著提高，但这种进步也伴随着长期并发症的发生率上升，其中RIHD是影响患者生存率的重要因素之一。该研究利用单细胞RNA测序技术，深入探讨了放射诱导心脏损伤后免疫微环境的动态变化，揭示了RIHD可能的发病机制，并提出了相应的预防与治疗策略。通过分析心脏组织中的免疫细胞组成和基因表达变化，研究团队发现了多种免疫细胞亚群的动态变化趋势，为理解RIHD的复杂机制提供了新的视角。

在研究中，研究人员对18只小鼠的心脏组织进行了单细胞测序分析，其中6只属于假手术对照组（Sham），6只在放射治疗后7天（IR7）被取样，另外6只则在放射治疗后35天（IR35）被取样。通过对这些样本进行严格的质量控制和双细胞去除处理，最终获得了24,683个免疫细胞。其中，巨噬细胞占主导地位，比例高达78.45%。随着时间推移，巨噬细胞的比例逐渐下降，而单核细胞、T细胞和树突状细胞（DCs）的比例则上升。B细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）在7天后略有下降，但到第35天时又达到高峰，而中性粒细胞则在第7天达到峰值。这些发现表明，心脏在受到辐射后，免疫细胞的组成和功能发生了显著变化，呈现出一个从炎症反应向凋亡和增殖转变的过程。

研究进一步揭示了巨噬细胞的异质性及其功能变化。通过无监督聚类分析，研究人员将巨噬细胞分为四个主要亚群，包括MHCII+_Ccr2+、MHCII+_Ccr2?、MHCII+_Ccr2?_Lyve1+和MHCII?_Ccr2?_Lyve1+。其中，MHCII?_Ccr2?_Lyve1+亚群在第7天显著增加，成为主要的炎症相关细胞类型。该亚群的基因表达特征表明其在炎症反应、趋化性和细胞因子分泌方面具有重要作用。而在第35天，MHCII+_Ccr2+和IFN+亚群显著增加，功能分析显示这些亚群与信号传导调控和程序性细胞死亡相关。此外，研究还发现了一个具有增殖特征的亚群（MHCII+_Ccr2+_Mki67+），这可能与细胞周期调控有关。

单核细胞和树突状细胞的亚群分析同样揭示了其在放射后的重要变化。单核细胞被分为三个亚群：Ly6c++、Ly6c+和Ly6c?。在第7天，Ly6c++亚群显著增加，而Ly6c+和Ly6c?亚群则减少，这表明单核细胞的功能在早期主要偏向于炎症反应。而在第35天，Ly6c++和Ly6c?亚群的比例均有所上升，这提示单核细胞的功能在后期可能更多地与凋亡和增殖相关。树突状细胞（DCs）则被进一步分为六个亚群，包括cDC1、cDC2_Axl?、cDC2_Axl+、mitoDC、moDC和mregDC。其中，mregDCs（免疫调节型树突状细胞）在第7天减少，但在第35天显著增加，显示出其在免疫调节和细胞凋亡中的作用。值得注意的是，与以往研究不同的是，mregDCs并未表达Lamp3这一典型的抗原呈递相关基因，这可能影响其在免疫应答中的功能，同时也为后续研究提供了新的方向。

T细胞的分析也揭示了其在放射诱导心脏损伤中的重要角色。研究发现T细胞被分为五个亚群，包括初始CD4 T细胞、初始CD8 T细胞、细胞毒性CD4/CD8 T细胞、CD4 Th1细胞和NKT细胞。其中，初始CD4 T细胞和初始CD8 T细胞的比例随着时间的推移逐渐上升，而CD4 Th1细胞和NKT细胞的比例则下降。进一步的分析表明，初始CD4 T细胞中存在一个与T细胞和髓系细胞分化相关的亚群（NaiveCD4_CD40lg+），该亚群在第35天占据主导地位。这提示T细胞在放射后可能经历了功能上的重塑，从而影响心脏的免疫反应和病理进程。

NK细胞和B细胞的功能变化同样值得关注。研究发现，NK细胞在第7天主要以CD69+亚群为主，而到第35天，CD69?亚群的比例显著上升，该亚群在凋亡相关通路中表现出显著的富集。这一结果表明，NK细胞在放射后可能经历了从炎症反应向凋亡调控的转变。B细胞则被分为两个亚群，其比例在放射后未发生显著变化，但在第35天，B细胞的凋亡相关通路显著富集，提示其可能在长期的免疫反应中发挥重要作用。

研究还发现，中性粒细胞在第7天表现出较高的比例，且其功能特征与炎症反应和凋亡相关。这表明中性粒细胞可能在早期心脏损伤中扮演了关键角色，而在后期则可能更多地参与组织修复或进一步的病理变化。此外，研究团队通过伪转录组分析和细胞间通信分析，发现SPP1（分泌磷酸蛋白1，也称为骨桥蛋白）在放射后显著上调，特别是在MHCII+_Ccr2+巨噬细胞亚群中。SPP1-CD44信号轴被发现与心脏纤维化密切相关，且该信号通路在放射后的7天和35天均表现出显著的上调趋势。

通过进一步的分析，研究团队提出了一种可能的机制模型：单核细胞在刺激下可能分化为SPP1?Mertk?巨噬细胞，这些巨噬细胞通过SPP1-CD44轴与成纤维细胞相互作用，从而激活TGFβ1信号通路，促进心脏纤维化。值得注意的是，尽管已有研究指出SPP1?巨噬细胞通常高表达Mertk，但在本研究中，SPP1?Mertk?巨噬细胞的Mertk表达水平相对较低，这可能与其在纤维化过程中的作用有关。研究者认为，这一现象可能是由于整个巨噬细胞群体中Mertk的高基线表达，而SPP1?Mertk?巨噬细胞中的Mertk表达并不低于其他基因，因此其绝对表达水平可能仍具有生物学意义。这表明，Mertk在SPP1?Mertk?巨噬细胞中的作用仍需进一步研究。

此外，研究还发现MHCII?_Ccr2?_Lyve1+巨噬细胞可能通过GDF15信号通路抑制单核细胞向SPP1?Mertk?巨噬细胞的分化，从而在心脏损伤后发挥抗纤维化作用。这一发现为理解RIHD的免疫调控机制提供了新的线索。GDF15在急性炎症中表现出促炎特性，但在纤维化过程中则具有双面性，既能促进纤维化，也能抑制其发生。因此，研究者推测MHCII?_Ccr2?_Lyve1+巨噬细胞可能利用GDF15信号通路来抑制纤维化进程，从而减少心脏损伤。

在IFN?巨噬细胞方面，研究发现其不仅参与抗病毒和抗菌防御，还可能在炎症稳态的维持中发挥作用。进一步的分析表明，这些细胞具有M1型巨噬细胞的特征，可能通过分泌IFN-γ激活SPP1?Mertk?巨噬细胞，从而促进心脏纤维化。这为未来探索IFN?巨噬细胞在RIHD中的作用提供了新的方向。

综上所述，该研究通过单细胞RNA测序技术，系统地揭示了放射诱导心脏损伤后免疫微环境的动态变化。研究团队发现，随着时间推移，免疫细胞的组成和功能发生了显著变化，从以炎症反应为主的早期阶段逐渐转向以凋亡和增殖为主导的后期阶段。这一变化可能与心脏纤维化的发生密切相关，而SPP1-CD44信号轴可能是促进纤维化的重要机制。研究结果不仅加深了对RIHD发病机制的理解，也为未来开发针对免疫微环境的干预策略提供了理论依据。然而，尽管本研究在动物模型中获得了重要发现，但将其转化为临床应用仍需进一步探索，尤其是在人类心脏损伤中的相关机制。此外，研究团队还指出，由于获取人类心脏样本的难度较大，未来可以考虑在非人灵长类动物中进行类似研究，以更好地模拟人类病理过程。这些发现为放射治疗相关心脏并发症的预防和治疗提供了新的思路和研究方向。