间皮细胞分化门户驱动纤维化：代谢重编程阻断多向分化可保护肺纤维化

本研究针对间皮细胞在器官纤维化中的作用机制不明问题，通过构建跨器官单细胞转录组图谱，揭示了间皮细胞在纤维化过程中的四级分化轨迹及其关键驱动基因。研究发现通过Ifi27l2a和Crip1介导的代谢重编程可阻断分化进程，显著减轻小鼠肺纤维化程度，为临床抗纤维化治疗提供了新靶点。

　　

人体内部器官表面覆盖着一层神秘的单层上皮细胞——间皮细胞（mesothelial cells）。这些细胞不仅为器官提供物理保护，还能分泌润滑物质、调节免疫反应，甚至参与组织修复。然而，当器官受损时，它们却可能"变节"，促进纤维化疾病的发展。长期以来，科学界对间皮细胞在健康和疾病状态下的特性、演变及功能缺乏系统认识，这主要是因为缺乏能够在活体哺乳动物中研究这些细胞功能的有效工具。

近日发表在《Nature Communications》上的研究通过构建跨物种、跨器官的单细胞转录组图谱，揭示了间皮细胞在纤维化过程中的精确分化轨迹和关键调控机制。研究发现间皮细胞在纤维化过程中经历四个明确的分化阶段：代谢激活、蛋白水解、免疫调节和纤维生成，并鉴定出驱动这一过程的关键基因。更重要的是，研究团队开发了一种特异性靶向间皮细胞的病毒递送系统，证明通过代谢重编程可阻断这一分化过程，从而有效抑制肺纤维化的发展。

研究人员运用了多种前沿技术方法：通过整合分析72个小鼠和45个人类单细胞RNA测序数据集构建跨器官图谱；使用Bleomycin诱导的小鼠肺纤维化模型进行时间序列分析；开发RGD修饰的AAV病毒特异性靶向胸膜间皮细胞进行基因操作；采用谱系追踪和胶原报告系统验证细胞命运；应用scArches进行跨物种比较分析。

研究结果

稳态和小鼠疾病状态间皮细胞图谱

研究人员首先整合了32个小鼠单细胞数据集，涵盖12个不同器官的23,134个间皮细胞，通过UMAP分析和Leiden聚类识别出8个不同的间皮细胞状态。这些细胞类型具有器官特异性分布模式，如肺组织中存在表达Ptma和Cox1的两种间皮亚型，脂肪组织则有Cdh12和Nalcn表达群体。 pseudotime分析显示，同一体腔（如胸膜腔、腹膜腔）内的间皮细胞具有更近的谱系关系。

时间分辨的scRNA-seq数据显示肺纤维化模型中的间皮细胞演变

在Bleomycin诱导的肺纤维化模型中，研究人员通过时间序列单细胞分析揭示了间皮细胞的四级分化轨迹：最早出现的疾病特异性状态是代谢活跃细胞（表达Ifi27l2a和Crip1），随后分化为蛋白水解活性细胞（表达Mmp8、Mmp14、Ctsb、Dcn和Plac8），进而转变为免疫调节细胞（表达Saa3），最终分化为纤维生成细胞。这一过程具有明确的时间动态特征：代谢活跃细胞在损伤后2-6天出现，第7天开始向蛋白水解细胞分化，第10天出现免疫表型，随后逐步向纤维生成细胞转变，第11天纤维化正式开始。

体外功能验证验证间皮细胞群体

研究团队开发了精密切割肺切片培养系统，通过在肺表面转染特定基因驱动因子来验证不同间皮细胞状态的功能。过表达Ifi27l2a增加了细胞代谢和分裂活性；过表达Dcn和Plac8诱导蛋白水解表型，导致胸膜ECM大量降解和内移；过表达纤维生成驱动因子Mgp则诱导间皮-间质转化（MMT）和细胞迁移。高分辨率多光子成像显示ECM在胸膜表面发生重组，伴随大分子物质的间质积聚。

代谢活跃的间皮细胞分化基因驱动纤维化

通过胸膜特异性AAV转染实验，研究人员证实过表达Ifi27l2a能显著减轻Bleomycin诱导的肺纤维化，改善肺功能、减少体重下降和提高生存率。相反，过表达Dcn和Mgp则加重纤维化表型。谱系追踪实验显示，40%的α-SMA阳性细胞来源于胸膜间皮细胞，证实了间皮细胞在肺纤维化中的直接贡献。

人类器官间皮细胞图谱

研究人员进一步分析了22个人类单细胞数据集，涵盖11个人类器官，发现人类间皮细胞同样存在9种不同的状态，且与小鼠具有保守性。人类特发性肺纤维化（IPF）患者的间皮细胞表现出与小鼠代谢活跃细胞相似的表达谱（IFI27L2A和CRIP1），而间质性肺病和COVID-19患者的间皮细胞则与小鼠纤维生成和蛋白水解细胞相似（MGP和CCDC80）。吸烟者和腺癌患者的间皮细胞映射到小鼠免疫调节群体（SAA3P和AKR1C2）。

研究结论与讨论

该研究突破了传统上对间皮细胞仅分为"健康"和"活化"两种状态的简单认知，揭示了其在纤维化过程中经历的四级分化轨迹。代谢激活阶段作为疾病进展的"门户"，通过阻断Ifi27l2a和Crip1介导的代谢重编程，可有效防止后续的病理分化过程。

这一发现对当前肺纤维化发病机制的理解提出了重要修正。传统模型认为纤维化主要由间质成纤维细胞活化驱动，而本研究揭示了从胸膜表面向肺实质内推进的新机制：蛋白水解间皮细胞负责ECM解离，纤维生成细胞则参与胶原沉积，共同推动纤维化进程。

该研究的临床意义在于发现了可靶向的间皮细胞特异性治疗策略。通过器官表面定向重编程，为预防和治疗一系列器官纤维化疾病提供了新的治疗机会。研究建立的跨物种、跨器官的间皮细胞图谱也为理解其他疾病中间皮细胞的作用提供了宝贵资源。

需要注意的是，虽然单细胞分析支持这些间皮状态的序列关系，但某些观察到的转录模式可能受到技术限制的影响。未来的研究需要进一步验证这些发现，但本研究无疑为理解间皮细胞在纤维化中的作用机制开辟了新的道路。