单细胞 RNA 测序揭示二氧化氮诱导急性肺损伤中内皮和上皮细胞的异质性

为探究 NO2吸入致急性肺损伤（ALI）机制，研究人员利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析内皮和上皮细胞异质性。发现 NO2暴露后内皮细胞中 Lrg1、Ucp2 显著上调，GCs 促进修复与炎症，Ly6a+肺泡细胞参与上皮分化，为 ALI 研究提供新方向。

　　在现代社会，空气污染已成为威胁人类健康的重要因素，其中二氧化氮（NO₂）作为一种常见的刺激性气体，其引发的急性肺损伤（Acute Lung Injury, ALI）严重危害公众健康。目前，尽管已知 NO₂吸入会导致血 - 气屏障通透性增加和功能障碍，但 NO₂诱导 ALI（NO₂-ALI）的具体机制仍不明确，尤其是内皮细胞和上皮细胞在其中的作用及细胞异质性尚未完全阐明。为了填补这一研究空白，深入揭示 NO₂-ALI 的发病机制，国内研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

该研究主要采用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，结合动物模型构建、病理染色、流式细胞术、免疫荧光染色等方法。研究选用 8-10 周龄雄性 C57BL/6J 小鼠，通过口鼻吸入 1800 ppm NO₂ 10 分钟建立 NO₂-ALI 模型，设置对照组、NO₂-24h 组和 NO₂-72h 组，采集肺组织样本进行后续分析。

3.1 构建 NO₂-ALI 小鼠单细胞分辨率细胞图谱

通过剂量依赖性实验确定小鼠 NO₂半数致死浓度（LC₅₀）为 3735.33 ppm，选择 1800 ppm 作为建模浓度。模型小鼠支气管肺泡灌洗液（BALF）蛋白含量、肺湿干重比显著升高，HE 染色显示肺损伤随时间加重，血 - 气屏障破坏明显。scRNA-seq 分析 198,050 个细胞，鉴定出 20 种细胞类型，内皮细胞、上皮细胞和成纤维细胞为非免疫细胞中的主要类型，NO₂暴露后内皮细胞和上皮细胞比例显著下降。

3.2 内皮细胞异质性分析

对内皮细胞进行差异表达基因（DEGs）分析，发现 Lrg1（富含亮氨酸 α-2 - 糖蛋白 1）和 Ucp2（解偶联蛋白 2）显著上调，GO 富集分析显示上调基因与血管发育和髓系白细胞迁移相关。CellChat 分析表明，NO₂暴露后内皮细胞与中性粒细胞的通讯增强，其中普通毛细血管（General Capillaries, GCs）通过细胞间粘附分子（ICAM）信号通路（ICAM1/2 与整合素 αMβ2 结合）与中性粒细胞通讯，GCs 可能作为干细胞促进内皮修复并招募中性粒细胞放大炎症反应。

3.3 上皮细胞异质性分析

上皮细胞分为肺泡 Ⅰ 型（AT1）、Ⅱ 型（AT2）、俱乐部细胞和纤毛细胞，NO₂暴露后 AT1 和 AT2 细胞比例显著减少。通过伪时间分析和 DEGs 分析，鉴定出一种新型上皮细胞亚群 ——Ly6a⁺肺泡细胞，其在 NO₂暴露后丰度显著增加，GO 分析显示其与上皮细胞迁移、增殖和分化相关，可能是 AT2 向 AT1 细胞分化的过渡细胞。

3.4 Ly6a⁺肺泡细胞在 NO₂-ALI 中的作用

免疫荧光验证 Ly6a⁺肺泡细胞在 NO₂暴露后数量增加，伪时间分析表明其为 AT2 向 AT1 分化的过渡细胞。CellChat 分析显示，GCs 与 Ly6a⁺肺泡细胞通过 Ⅳ 型胶原 α1（COL4A1）-CD44 信号通路相互作用，提示 GCs 可能通过胶原信号影响 Ly6a⁺肺泡细胞的分化。

研究结论与意义

本研究通过单细胞测序技术系统揭示了 NO₂-ALI 中内皮细胞和上皮细胞的异质性。发现内皮细胞中 Lrg1 和 Ucp2 的上调可能促进 ALI 进展，GCs 兼具修复和促炎双重作用；首次鉴定出 Ly6a⁺肺泡细胞亚群，其在肺泡上皮修复中起关键作用。这些发现为深入理解 NO₂-ALI 的发病机制提供了新视角，识别出的关键细胞亚群和分子靶点（如 Lrg1、Ucp2、GCs、Ly6a⁺细胞）为开发 ALI 的多靶点治疗策略奠定了基础，有助于推动针对肺损伤的精准医学研究。