慢性鼻窦炎鼻息肉形成中免疫-上皮动态互作与组织重塑的多尺度转录组学研究

本刊推荐：为解析慢性鼻窦炎(CRS)发病机制中免疫-上皮细胞互作的关键科学问题，研究团队通过单细胞转录组(scRNA-seq)与空间转录组技术，构建了CRS伴/不伴鼻息肉(CRSwNP/CRSsNP)的多尺度细胞图谱。研究揭示了巨噬细胞通过CCL13/CCL18趋化嗜酸性粒细胞、肥大细胞(MC)促进2型免疫反应、基底细胞分化的"免疫重塑"轨迹以及Tuft细胞介导的组织重塑新机制，为慢性气道炎症性疾病提供了精准治疗靶点。

　　

慢性鼻窦炎(Chronic Rhinosinusitis, CRS)是一种困扰全球12%人口的常见慢性炎症性疾病，其发病机制复杂且治疗手段有限。特别是伴随鼻息肉(Nasal Polyps, NPs)的CRSwNP亚型，以嗜酸性粒细胞浸润和顽固性炎症为特征，导致患者长期面临头痛、嗅觉丧失等严重症状，生活质量显著下降。尽管已知免疫细胞与上皮细胞之间的相互作用在疾病进程中起关键作用，但二者如何协同驱动鼻息肉形成和组织重塑，始终是领域内亟待破解的黑箱。

为系统解析CRS的免疫微环境与上皮屏障的动态互作，由Guanrui Liao、Tsuguhisa Nakayama、Bokai Zhu等23位共同第一作者领衔的国际研究团队，在《Immunity》发表了整合单细胞转录组(scRNA-seq)和空间转录组技术的多尺度研究成果。通过对5例健康对照、5例CRSsNP和6例CRSwNP患者（包括息肉组织和邻近筛窦黏膜）的组织样本进行高精度解析，成功绘制了包含32,775个免疫细胞和21,833个上皮细胞的深度图谱。

研究主要运用了以下关键技术：单细胞RNA测序技术揭示细胞异质性；空间转录组(GeoMx Digital Spatial Profiler)技术保留原位空间信息；伪时间轨迹分析(Monocle2)重构基底细胞分化路径；配体-受体互作分析(CellChat)解析细胞间通讯；以及大规模验证队列（113例样本）的多中心验证。

研究结果首先通过免疫细胞图谱揭示CRSwNP中CD4⁺ T效应记忆细胞(Tem)、Th2细胞和调节性T细胞(Treg)的显著富集，以及CD8⁺ T细胞亚群的失衡状态。更重要的是，研究发现巨噬细胞在CRSwNP中向免疫调节型极化，高表达CCL13和CCL18趋化因子。通过空间转录组验证，这些趋化因子表达与上皮区域(PanCK⁺)的嗜酸性粒细胞浸润呈正相关，而非免疫区域(CD45⁺)，提示巨噬细胞通过CCL13/CCL18轴招募嗜酸性粒细胞至上皮层（图2D-2G）。

对肥大细胞(MC)的深入分析鉴定出两个功能亚群：表达IL-17RB的MCT细胞和表达糜蛋白酶(CTSG)的MCTC细胞。配体-受体互作分析显示，CRSwNP中MC与CD4⁺ T细胞通过IL-4/IL-13信号通路密切互作，强化了2型炎症反应（图2J, 2K）。

上皮细胞分析则发现CRSwNP中Tuft细胞和增殖性基底细胞显著增多，而纤毛细胞和分泌细胞减少。差异表达基因分析显示CRSwNP的Tuft细胞高表达前列腺素合成酶(ALOX5和PTGS1)、抗凋亡基因BCL2以及STAT6信号通路元件（图3E-3G）。空间分析证实Tuft细胞与Th2细胞在原位共定位，提示其通过前列腺素途径招募免疫细胞（图3I, 3J）。

研究最突破性的发现在于基底细胞的分化轨迹分析。伪时间分析显示基底细胞在CRSwNP中倾向于分化为"免疫重塑"命运（Cell-fate2），而非CRSsNP中的"宿主防御"命运（Cell-fate1）。该轨迹特征包括IL-4/IL-13信号通路上调、代谢重编程和免疫细胞招募能力增强（图4B-4E）。通过公共数据验证和IL-4Rα阻断剂杜匹鲁单抗(dupilumab)治疗前后样本分析，证实该轨迹在治疗后显著逆转（图4J）。进一步的计算模拟预测转录因子KLF4在调控这一分化命运中的核心作用（图4K-4M）。

最后，通过对北美和亚洲多中心113例样本的大规模空间转录组验证，研究不仅验证了上述发现，还揭示了CRSwNP特有的上皮-免疫共表达模块，包括中性粒细胞脱颗粒、糖基化和细胞外基质(ECM)粘附等通路激活（图6G, 6H）。几何空间分析显示CRSwNP中上皮-免疫细胞互作几率显著高于其他组别（图6J），从空间层面证实了免疫-上皮互作的强化。

研究结论与讨论部分强调，该工作通过多组学整合分析揭示了CRSwNP中免疫-上皮互作的协同网络：巨噬细胞通过CCL13/CCL18招募嗜酸性粒细胞；肥大细胞通过IL-4/IL-13通路放大2型炎症；Tuft细胞通过前列腺素途径吸引Th2细胞；基底细胞则通过KLF4调控的"免疫重塑"分化轨迹推动息肉形成。这些发现不仅为CRSwNP的精准分型提供了分子基础，更揭示了多个潜在治疗靶点：靶向CCL13/CCL18轴阻断嗜酸性粒细胞浸润；抑制前列腺素信号通路中断Tuft细胞功能；调控基底细胞分化命运等。杜匹鲁单抗治疗后的轨迹逆转现象，为这些靶点的临床转化提供了强有力的概念验证。

该研究建立的多尺度数据资源（https://bmblx.bmi.osumc.edu/immune_epi/）为慢性气道炎症研究提供了宝贵框架，其研究范式也可拓展至其他组织重塑性疾病的研究中。尽管研究存在样本异质性、因果推断局限等挑战，但其通过空间多组学技术揭示的细胞互作网络，无疑为理解慢性炎症疾病开辟了新视角。