2000米高空传播的Coniothyrium fuckelii与亚洲矿物尘协同诱发小鼠肺部中性粒细胞化脓性肺炎及肉芽肿的病理特征研究

《Scientific Reports》：Mouse pulmonary pathological characteristics induced by Asian-mineral dust transported with Coniothyrium fuckelii at a high altitude of 2,000 meters

本研究针对亚洲沙尘(ASD)事件中矿物颗粒与真菌等生物气溶胶协同暴露加剧呼吸系统健康风险的机制问题，研究人员开展了关于热处理ASD(H-ASD)与植物病原真菌Coniothyrium fuckelii(Con-15H316)单独及联合暴露对小鼠肺部病理影响的主题研究。结果发现，联合暴露可诱发独特的、协同加重的中性粒细胞化脓性肺泡炎与肉芽肿混合表型，并伴随BALF中LDH和CCL2(MCP-1)的协同升高。单细胞RNA-seq分析揭示单核细胞和间质巨噬细胞是Ccl2的主要来源。该研究意义在于首次揭示了C. fuckelii作为植物病原真菌在矿物尘协同下可诱发哺乳动物非过敏性肺泡损伤，拓展了现有气溶胶毒性评估范式。

　　

每年春季，源自中国塔克拉玛干和戈壁沙漠的亚洲沙尘(ASD)会席卷东亚地区，这些沙尘远不止是简单的矿物颗粒，它们如同微型的“诺亚方舟”，携带着大量的细菌、真菌等生物气溶胶进行远距离跨境传输。这些复杂的混合物被吸入人体后，对呼吸系统健康构成了复杂且未被充分认知的威胁。以往的研究多关注沙尘本身或其中特定成分引发的过敏反应，但对于矿物颗粒与特定真菌协同作用后，如何在肺部组织层面引发独特的、非过敏性的病理损伤，人们知之甚少。此前，研究人员在日本能登半岛上空2000米的高空采集的ASD样本中，分离到一株名为Coniothyrium fuckelii (菌株Con-15H316)的暗色植病真菌，该真菌在之前的细胞因子研究中显示出强烈的免疫激发潜力，但其对哺乳动物肺部造成的具体组织学损伤仍是一个待解的谜团。为了深入揭示这种真实环境中的混合暴露风险，研究人员在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果，系统阐述了H-ASD与Con-15H316单独及联合暴露诱导的小鼠肺部病理特征。

为了回答上述问题，研究人员主要运用了几项关键技术：他们利用直升机和高空气球在能登半岛高空采集气溶胶样本，并通过ITS测序鉴定真菌物种（Coniothyrium fuckelii, Con-15H316）。通过气管内滴注的方式对BALB/c小鼠进行H-ASD、灭活Con-15H316及其混合物的重复暴露。研究通过苏木精-伊红(H&E)染色对存档肺组织进行详细的组织病理学评估和严重程度评分。同时，重新分析了支气管肺泡灌洗液(BALF)中乳酸脱氢酶(LDH)和CCL2/MCP-1的浓度数据。此外，还重新分析了公开的流感感染小鼠模型单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集，以鉴定肺部Ccl2表达的主要细胞来源。

代表性组织病理学结果

H-ASD暴露小鼠肺部的代表性组织病理学结果

研究发现，单独暴露于H-ASD的小鼠肺部，在低倍镜下未见明显异常。但在偏振光高倍镜下，可见双折射的黄色H-ASD颗粒存在于肺泡腔内。这些颗粒大多被肺泡巨噬细胞吞噬，常在肺泡区域形成小的肉芽肿灶。而支气管、血管周围和胸膜的间质组织未见明显异常。这表明H-ASD单独暴露主要诱导局限于肺泡区域的巨噬细胞主导的肉芽肿形成。

Con-15H316暴露小鼠肺部的代表性组织病理学结果

单独暴露于低剂量Con-15H316可在支气管和血管周围出现斑片状嗜碱性区域，细胞密度增加。暴露于高剂量Con-15H316时，支气管血管周围间质的炎症细胞浸润程度加剧，主要以淋巴细胞和嗜酸性粒细胞为主。支气管上皮可见杯状细胞增生。肺泡区域可见斑片状的中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和细胞碎片浸润。结果表明，Con-15H316单独暴露诱导了以嗜酸性粒细胞浸润为特征的支气管周围炎和支气管上皮杯状细胞增生。

H-ASD和Con-15H316联合暴露后的代表性组织病理学结果

联合暴露组小鼠肺部出现了广泛、弥漫的嗜碱性炎症区域。其支气管周围炎和杯状细胞增生的严重程度远高于真菌单独暴露组。有趣的是，在支气管血管间质内未观察到游离的H-ASD颗粒或载颗粒巨噬细胞，提示该区域炎症主要由Con-15H316驱动。在肺泡区域，细胞密度显著增加，炎症模式复杂，包括中性粒细胞、巨噬细胞、细胞碎片、多核巨细胞和形成结节状聚集的H-ASD载货巨噬细胞（肉芽肿性炎症），以及中性粒细胞和核碎片的局灶性聚集（化脓性肺炎）。这表明联合暴露诱导了肺部混合炎症表型，结合了颗粒诱导的肉芽肿性炎症和真菌相关的化脓性病变。

各组组织病理学特征和支气管肺泡灌洗液标志物的比较

组织病理学评分比较显示，联合暴露组的支气管周围炎、肺泡化脓性炎症和肉芽肿病变均显著重于单独暴露组。对BALF标志物的重新分析发现，联合暴露组的LDH活性和CCL2浓度均出现协同性显著升高。在单独暴露组中，Con-15H316组的LDH水平较高，而H-ASD组的CCL2水平较高，且两者呈负相关趋势，提示它们反映了不同的炎症过程。肺泡化脓性炎症与LDH活性相关，而涉及巨噬细胞的肉芽肿性炎症则与BALF中的CCL2水平相关。

单细胞转录组学分析揭示髓系细胞是微生物性肺损伤中CCL2的主要来源

为阐明BALF中CCL2的细胞来源，研究人员重新分析了公开的微生物（流感）感染小鼠肺scRNA-seq数据集。分析发现，在两类数据集中的单核细胞和间质巨噬细胞(IMs)群体中Ccl2表达最高，这些细胞常共表达Cd68、Ly6c2、S100a8/a9和C1q(a-c)等标志物。而上皮细胞(Epcam+)的Ccl2表达可忽略不计。这表明本暴露模型中观察到的BALF CCL2升高很可能源于招募至肺泡空间的活化髓系细胞。

本研究通过详细的组织病理学再评估证实，亚洲沙尘中的矿物颗粒(H-ASD)可在小鼠肺泡区域诱导巨噬细胞主导的肉芽肿，而植物病原真菌C. fuckelii (Con-15H316)则主要引起嗜酸性粒细胞性支气管周围炎。尤为重要的是，两者联合暴露导致了一种独特的、协同加重的病理表型，其特征是肉芽肿性病变和中性粒细胞驱动的化脓性肺泡炎并存，并伴有加重的气道炎症。这一发现得到了BALF中LDH（组织损伤标志）和CCL2（单核细胞趋化蛋白-1）协同升高的支持，表明组织损伤和单核/巨噬细胞驱动的炎症同时被激活。单细胞RNA测序分析进一步将CCL2的产生源头锁定于单核细胞和间质巨噬细胞。

讨论部分强调，这项研究首次提供了组织学证据，表明以往仅被视为植物病原的C. fuckelii，在与矿物尘协同作用下，具有诱发或加剧哺乳动物肺损伤的潜力，特别是能够引起一种此前未被重视的非过敏性、中性粒细胞主导的化脓性肺泡损伤。这突破了当前关于吸入颗粒物和生物气溶胶毒性主要聚焦于过敏机制的范式，揭示了真实环境中共存污染物通过协同作用引发复杂肺部炎症的新机制。研究结果指出，在评估ASD等复杂气溶胶的呼吸健康风险时，除了关注过敏性气道炎症，还需充分考虑其引发非过敏性肺泡损伤的可能性。尽管本研究存在使用单一真菌菌株、急性暴露模型以及物种差异（小鼠对间质纤维化相对抵抗）等局限性，但它为更全面评估环境混合暴露的呼吸道健康风险提供了新的重要科学依据，并提示未来需要利用更接近人类的动物模型（如小型猪）进行长期暴露研究，以更好地模拟真实世界中的职业和环境暴露场景。