上呼吸道上皮细胞中多菌种胞内大分子塑造单细胞炎症特征图谱及其在黏膜炎症中的调控机制

本研究针对上呼吸道黏膜上皮细胞持续暴露于微生物环境引发的慢性炎症问题，通过整合单细胞RNA测序(scRNAseq)和高分辨率显微技术，首次揭示了多菌种胞内大分子(PIMs)在人类口腔角质形成细胞(HOKs)中的持久存在及其免疫调控作用。研究发现革兰阳性菌脂磷壁酸(LTA)与炎症因子CXCL1/8表达呈线性相关，并通过Drug2Cell算法预测了140种药物靶点，为黏膜炎症的精准干预提供了新视角。

　　

研究背景与意义
人类上呼吸道黏膜作为微生物与宿主互作的前沿阵地，长期面临慢性炎症的困扰。从鼻腔前庭到牙周组织，这些特殊生态位极易因菌群失调引发牙龈炎、牙周炎等疾病，全球超过80%成年人受其影响。传统研究多聚焦于完整细菌的致病机制，而美国北卡罗来纳大学等机构的研究团队独辟蹊径，将目光投向了一个鲜为人知的领域——残留在上皮细胞内的细菌"分子幽灵"。这些由rRNA、mRNA和糖脂组成的多菌种胞内大分子(PIMs)，如同微生物留下的"分子指纹"，持续刺激宿主细胞产生炎症反应，可能是慢性炎症迁延不愈的关键因素。

关键技术方法
研究团队整合了四大核心技术：1) 人类牙周图谱(v1)的34样本105,918细胞scRNAseq重分析；2) 自主开发的MAPCELL空间多组学技术实现单细胞定位；3) 多重荧光原位杂交(FISH)与免疫组化(IHC)联用检测细菌组分；4) Drug2Cell算法预测药物靶点。样本涵盖健康、实验性牙龈炎和牙周炎患者的牙龈组织及原代口腔角质形成细胞。

主要研究结果

多菌种特征图谱的发现
通过重新注释scRNAseq未比对读数，在35种结构细胞中发现20%革兰阳性(如金黄色葡萄球菌)和80%革兰阴性菌(如牙龈卟啉单胞菌)信号。值得注意的是，牙周致病菌仅在疾病组出现，而健康与疾病组共享42个上调基因，包括调控氧化磷酸化和小GTP酶信号的关键因子BRD7和NFAT5。

PIMs的显微证据
高分辨共聚焦和透射电镜意外发现：原代HOKs中罕见完整细菌，但连续传代后仍可检测到细菌16S rRNA、fimA mRNA等大分子。MAPCELL技术揭示LTA与S. aureus spa mRNA呈线性相关(R²
=0.754)，而LPS与P. gingivalis fimA无显著关联，证实PIMs的长期存留特性。

炎症表型的剂量效应
LPS刺激实验显示，含PIMs的HOKs中CXCL8和CXCL17表达量提升3-5倍，且与16S rRNA水平正相关。CellChat分析揭示细菌阳性角质形成细胞通过CCL20-CXCL3-CXCL17轴增强与淋巴/血管内皮细胞的通讯，这种信号在牙周炎中虽减弱但仍持续。

跨组织的保守机制
在鼻、咽、气管上皮中均发现LTA-CXCL8的线性关联(R²

0.95)，其中气管腺体呈现区域异质性。Drug2Cell预测140种药物(如强力霉素、卡那单抗)对含PIMs细胞更有效，提示治疗策略需考虑微生物组分负荷。

结论与展望
该研究首次系统阐释了PIMs作为"微生物分子记忆"在上呼吸道炎症中的核心作用：1) 革兰阳性菌LTA通过剂量依赖方式持续激活CXCL1/8通路；2) 创建了首个整合微生物组分的牙周单细胞图谱；3) 提出"菌群组分负荷"作为药物反应预测新维度。这些发现为理解慢性黏膜炎症的分子机制提供了新范式，未来研究可深入探索PIMs的囊泡转运机制及其在肿瘤微环境中的潜在作用。论文发表于《npj Biofilms and Microbiomes》，为黏膜免疫研究和精准医疗开辟了新方向。