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特发性肺纤维化（IPF）合并肺癌（LCA）预后差，为探究其病理机制，研究人员通过单细胞分析，发现基底细胞（BCs）、肺泡 Ⅱ 型细胞（AT2 细胞）和巨噬细胞的分子变化及相互作用在共病中起重要作用，为治疗提供新方向。
在医学研究的神秘领域中，特发性肺纤维化（IPF）就像一座难以攻克的堡垒，不仅发病率逐年上升，而且除了肺移植外，有效的治疗手段极为匮乏。更为棘手的是，IPF 患者并发肺癌（LCA）的风险比普通人群高出许多，这两种致命疾病叠加，让患者的生命面临巨大威胁。目前，虽然一些研究揭示了 IPF 和 LCA 之间存在一定的关联，但对于具体的发病机制，尤其是在细胞和分子层面，仍存在许多未解之谜。比如，基底细胞（BCs）、肺泡 Ⅱ 型细胞（AT2 细胞）和巨噬细胞在这两种疾病的发生发展过程中究竟扮演着怎样的角色，它们之间的相互作用机制是什么，这些问题都亟待解决。为了揭开这些谜团，重庆医科大学附属第一医院和重庆大学附属涪陵医院的研究人员展开了深入研究。该研究成果发表在《Experimental Cell Research》上，为理解 IPF 与 LCA 共病机制带来了新曙光。
研究人员为了深入探究 IPF 与 LCA 共病的机制，运用了多种关键技术方法。首先，他们收集了正常肺组织、IPF 患者和 LCA 患者的肺组织样本（样本来源于临床患者，且诊断均经病理证实） 。接着，从 Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取单细胞测序（RNA - seq）数据，涵盖多个 IPF 和 LCA 相关数据集。随后，借助 R 软件中的 Seurat 等多个专业软件包，对数据进行预处理、整合、降维、聚类和注释等一系列复杂分析。同时，还运用免疫荧光实验，对关键蛋白表达进行验证，从而全面系统地剖析疾病相关机制。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- BCs 和 AT2 细胞在共病中的关键作用：通过对大量单细胞 RNA 测序数据的分析，研究人员发现 BCs 和 AT2 细胞作为肺上皮细胞的重要组成部分，在 IPF 和 LCA 患者的样本中均大量存在。而且，在 LCA 样本中，这两种细胞的拷贝数变异（CNV）增加最为明显，这意味着它们可能具有更高的恶性程度，在癌症进展中扮演关键角色，进而推测它们可能参与了 IPF 和 LCA 的共同发病机制。
- BCs 介导 EMT 促进共病进展：研究人员通过生物信息学分析和文献回顾，发现 10 个与上皮 - 间质转化（EMT）相关的基因在 IPF 和 LCA 患者的 BCs 中表达较高。基因本体生物学过程（GO BP）分析显示，这些基因参与肿瘤相关过程。轨迹分析表明，在 IPF 和 LCA 中，KRT17 和 S100A14 基因在 BCs 的不同细胞状态转变中持续上调。免疫荧光共定位研究进一步证实，这两个基因在 IPF 和 LCA 组织中表达上调，且与基底细胞标记物 KRT5 共定位。此外，转录因子模块分析（SCENIC）发现，不同转录因子在 IPF 和 LCA 中对这些基因的表达起到不同的调控作用，这充分表明 BCs 可能通过介导 EMT 促进 IPF 与 LCA 的共病进展。
- WFDC2 和 KRT19 在 AT2 细胞中的作用：在 AT2 细胞中，研究人员鉴定出两个与 EMT 相关的基因 KRT19 和 WFDC2。GO BP 分析显示，它们参与肿瘤的起始、发展等相关通路。对 AT2 细胞的轨迹分析发现，在 IPF 和 LCA 样本中，这两个基因在不同细胞状态和分支节点的表达呈现动态变化。免疫荧光共定位实验表明，它们在 IPF 和 LCA 组织中的表达高于对照组，且与 AT2 细胞标记物 SFTPC 共定位。SCENIC 分析揭示了在 IPF 和 LCA 中，不同转录因子对这两个基因的表达调控存在差异，但都暗示了它们在 AT2 细胞介导的 EMT 中发挥作用，进而促进 IPF 与 LCA 的共病发生。
- BCs 和 AT2 细胞的相互作用：研究人员利用 CellChat 分析发现，在 IPF 和 LCA 中，BCs 和 AT2 细胞之间的相互作用存在差异，且方向和强度不同。通过文献回顾和生物信息学分析，确定了多个可能促进 IPF 向 LCA 进展的基因。KEGG 和 GO BP 分析显示，与肿瘤相关的通路在这两种细胞中更活跃，尤其是 WNT 信号通路。轨迹分析表明，在 IPF 中，BCs 向 AT2 细胞分化过程中，FN1 基因表达逐渐增加；在 LCA 中，AT2 细胞向 BCs 分化时，FN1 基因也持续上调。免疫荧光共定位实验证实，FN1 在 BCs - AT2 细胞界面积累，且在 IPF 和 LCA 中定位有所不同。SCENIC 分析还发现不同转录因子在调控 FN1 基因表达中起作用，这表明 BCs 和 AT2 细胞的相互作用及其分化可能在 IPF 和 LCA 共病中发挥重要作用。
- BCs - 巨噬细胞相互作用：CellChat 分析表明，在 IPF 和 LCA 样本中，BCs 对巨噬细胞的作用更为显著。通过文献回顾确定了多个与 IPF 诱导 LCA 发展相关的基因，轨迹分析显示在 IPF 和 LCA 中，BCs 向巨噬细胞分化过程中，相关基因表达呈现动态变化。KEGG 和 GO BP 等分析表明，肿瘤相关通路以及 EMT 相关通路在这一过程中活性增加，尤其是 ERK1/2 信号通路。免疫荧光共定位实验显示，CYBA 在 BCs 和巨噬细胞中均有表达，且在两者相互作用位点有较强的 ERK1/2 信号。SCENIC 分析确定了相关转录因子的调控作用，由此推测 BCs - 巨噬细胞通过 CYBA - ERK1/2 轴的相互作用可能促进 IPF 与 LCA 的共病。
- M2 巨噬细胞极化的作用：巨噬细胞在 IPF 和 LCA 共病中发挥重要作用，研究人员将其细分为 M1 和 M2 亚型。通过文献回顾和生物信息学分析，确定了 SOD2 和 JUN 两个与 EMT 相关的基因可能参与 IPF 驱动的 LCA 进展。轨迹分析发现，在 IPF 和 LCA 中，巨噬细胞从 M1 向 M2 极化过程中，这两个基因表达模式不同。KEGG 和 GO 富集分析以及 AUC 分析表明，肿瘤发生、EMT 相关通路以及糖酵解通路在巨噬细胞中活性较高。研究推测，JUN 和 SOD2 基因通过调节糖酵解诱导 M2 巨噬细胞极化，从而促进 IPF 与 LCA 的共病。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过单细胞转录组分析，揭示了 BCs、AT2 细胞和巨噬细胞在 IPF 与 LCA 共病中的关键作用和相互作用机制。FN1 - WNT 和 CYBA - ERK1/2 通路在细胞间相互作用和 EMT 调节中发挥重要作用，糖酵解介导的 M2 巨噬细胞极化也参与共病机制。虽然研究存在样本量小、缺乏体内外实验验证以及缺乏疾病进展的时间动态研究等局限性，但研究中涉及的关键基因和信号通路有望成为早期诊断的生物标志物，为个性化治疗和靶向干预提供新靶点，对改善 IPF 与 LCA 患者的临床治疗具有重要意义。
