人类气道中Tuft-Ionocyte祖细胞的单细胞图谱揭示细胞因子依赖性分化偏倚

本研究通过构建包含311,748个单细胞转录组的人类肺部细胞图谱，首次鉴定出具有双向分化潜能的Tuft-Ionocyte祖细胞（TIP细胞），揭示了其在气道稳态和炎症中的关键作用。研究人员发现TIP细胞在细胞因子（IL-13/IL-17）刺激下会偏离默认的离子细胞（ionocyte）分化路径，转而形成成熟的Tuft细胞，这为哮喘、囊性纤维化（CF）等气道疾病的发病机制提供了新见解。该成果发表于《Nature Communications》，为理解气道罕见细胞的动态调控提供了全新框架。

　　

气道罕见细胞的秘密生命
在人体气道的复杂生态中，隐藏着一类数量稀少却功能关键的细胞群体——离子细胞（ionocyte）和Tuft细胞。它们如同特工般各司其职：CFTR⁺
离子细胞调控着气道表面液体平衡，其功能缺陷直接导致囊性纤维化（CF）；而Tuft细胞则通过分泌IL-25等介质参与哮喘等炎症反应。但长期以来，这些罕见细胞的起源和调控机制始终成谜。更令人困惑的是，既往研究声称小气道缺乏离子细胞，这与CF患者早期出现小气道病变的临床特征相矛盾；同时，哮喘患者气道中Tuft细胞的数量异常也缺乏合理解释。

来自美国麻省总医院和布罗德研究所的Viral S. Shah、Avinash Waghray等研究者决心揭开这个谜团。他们构建了迄今最全面的人类肺部单细胞图谱（包含8个供体31万个细胞），结合创新的体外分化实验，最终发现了一个颠覆性的真相：那些曾被标注为"Tuft样细胞"的群体，实际上是具有双向分化潜能的Tuft-Ionocyte祖细胞（TIP细胞）。这项发表于《Nature Communications》的研究，不仅重新绘制了气道上皮发育的路线图，更揭示了炎症性疾病中细胞命运重编程的分子开关。

关键技术方法
研究团队采用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析8例正常人肺组织的311,748个细胞，并通过单细胞ATAC-seq（scATAC-seq）解析染色质可及性。利用RNA速率分析追踪细胞分化轨迹，结合气液界面（ALI）培养模型模拟TIP细胞的分化过程。实验验证包括免疫荧光染色（检测BSND⁺
离子细胞和GNAT3⁺
Tuft细胞）、钙成像（验证NE细胞的化学感应功能）以及FACS分选（CD45^-
CD31^-
EPCAM⁺
KIT⁺
NCAM1⁺
细胞富集）。

重新定义的气道细胞图谱
通过深度单细胞分析，研究者首先纠正了两个重要认知偏差：

1. 小气道同样存在CFTR⁺
   离子细胞（占比0.45%），其数量与大气道相当，这通过全组织染色在3例供体26个大气道和33个小气道样本中得到验证。
2. 正常肺中成熟Tuft细胞极其罕见（仅0.002%），既往标注的"Tuft样细胞"实为高增殖性TIP细胞（19%处于细胞周期，高于基底干细胞的11%）。

染色质重塑揭示分化路径
单细胞ATAC-seq数据显示，TIP细胞向离子细胞分化时呈现动态表观遗传重编程：

• 早期：POU2F3和ASCL2（Tuft细胞TF）位点开放
• 过渡期：FOXI1（ionocyte TF）可及性增加，伴随SERPINF1等特异性开放
• 成熟期：CFTR位点完全开放，BSND/CLCNKB等离子转运基因激活

细胞因子的命运开关
最关键的发现来自ALI培养实验：

• 默认路径：RNA速率分析显示TIP细胞自然分化为离子细胞（图2A）
• IL-13/IL-4刺激：诱导TRPM5⁺
  SOX9⁺
  成熟Tuft细胞分化，同时减少离子细胞产量（p<0.01）
• IL-17A处理：首次证明该细胞因子也能独立促进Tuft细胞生成
• 哮喘样本验证：2例哮喘死亡患者的ALI培养和气道组织均显示GNAT3⁺
  Tuft细胞增加2-4倍，并表达ALOX5AP（白三烯合成关键酶）

理论与临床的双重突破
这项研究从根本上改变了我们对气道罕见细胞的认识：

1. 谱系层级：揭示了基底干细胞之外的第二个高增殖性祖细胞池（TIP细胞），其通过TF表达梯度（ASCL2→FOXI1→ASCL3）控制分化方向。
2. 疾病机制：解释了哮喘患者中观察到的离子细胞减少现象——炎症因子通过"劫持"TIP细胞的分化路径，使其偏向Tuft细胞命运。
3. 治疗靶点：提示调节TIP细胞分化平衡可能成为CF和哮喘的新干预策略，例如阻断IL-13/IL-17信号以维持离子细胞稳态。

研究还留下若干待解之谜：TIP细胞是否参与其他气道病变？不同细胞因子组合如何精确调控分化偏倚？这些问题的答案或将开启气道疾病精准治疗的新篇章。正如研究者所言："TIP细胞就像气道中的变形者，它们的命运选择决定了炎症环境的胜负天平。"