《Mucosal Immunology》：Integrated human and mouse single-cell profiling reveals immune-stromal niche driving silicosis
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本研究针对矽肺这一缺乏有效疗法的炎症驱动性肺纤维化疾病，通过整合人与小鼠的单细胞RNA测序，揭示了CCL2-hi中间态单核样巨噬细胞(MLM)分化为IL1B-hi炎症亚群和SPP1-hi前纤维化亚群的关键路径，并构建了新型支气管镜小鼠模型，阐明了MLM与Sfrp1-hi/Spp1-hi成纤维细胞、中性粒细胞及AT2上皮细胞间的相互作用网络，为靶向免疫-基质轴治疗提供了新见解。
矽肺是一种由职业性吸入二氧化硅颗粒引起的炎症驱动性肺纤维化疾病，在全球范围内影响着数百万工人的健康。目前，该疾病缺乏有效的药物治疗手段，临床干预仅限于支持性护理。尽管巨噬细胞在矽肺病理中被认为是核心角色，但它们与肺内基质细胞如何协同作用，共同 orchestrate 纤维化进程，其具体机制仍不甚明了。这成为了阻碍矽肺治疗发展的关键科学问题。为了解决这一难题，由Christina Begka和Matthew Macowan等领导的研究团队在《Mucosal Immunology》上发表了一项开创性研究，他们通过整合人类患者和小鼠模型的单细胞转录组数据，首次系统性地描绘了驱动矽肺发展的免疫-基质微环境（Niche）图谱。
为了开展这项研究，研究人员运用了几个关键的技术方法。首先，他们获取了矽肺患者的全肺灌洗液（WLL）样本，并利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术进行分析，同时与已发表的健康人支气管肺泡灌洗液（BAL）数据进行比较。其次，他们创新性地建立了一种通过迷你支气管镜进行位点特异性二氧化硅颗粒滴注的矽肺小鼠模型，该模型成功模拟了人类矽肺的典型病理特征，包括矽结节形成和纵隔淋巴结纤维化等肺外表现。最后，他们对小鼠模型进行了免疫细胞（CD45+）和基质细胞（CD45-）分选后的scRNA-seq分析，并利用Slingshot进行伪时间轨迹分析，利用NicheNet和CellChat进行细胞间通讯预测，从而深入探索疾病状态下的细胞异质性和相互作用网络。
Expansion of inflammatory IL-1B-hi and pro-fibrotic SPP1-hi monocyte-like macrophages in silicosis patients
研究人员对矽肺患者的全肺灌洗液样本进行scRNA-seq分析后，发现与健康个体相比，患者肺泡巨噬细胞（AM）减少，而单核样巨噬细胞（MLM）群体显著扩增。进一步分析揭示了三个关键的MLM亚群：一个中间态的CCL2-hi亚群，以及由其分化而来的两个终末亚群——高表达炎症因子（如IL1B, TNF, IL6）的IL1B-hi亚群，和高表达促纤维化及组织重塑分子（如SPP1, CHI3L1, MMP14）的SPP1-hi亚群。伪时间轨迹分析表明，从MLM向SPP1-hi亚群分化过程中，炎症和免疫激活通路被逐渐抑制，而与纤维化、细胞外基质（ECM）重塑、氧化应激反应以及生物矿化/钙代谢相关的基因表达则显著上调。这提示SPP1-hi MLM亚群在矽肺的纤维化组织和潜在钙化过程中扮演着重要角色。
Bronchoscopic silicosis model enables transcriptomic profiling of immune-stromal interactions
为了在机制层面深入探索，研究团队开发了一种新型的支气管镜小鼠矽肺模型。该模型通过迷你内镜实时引导，将二氧化硅颗粒精准递送至小鼠肺部特定部位，成功再现了人类矽肺的典型病理特征，包括炎性结节、纤维化结节、肺内钙化以及纵隔淋巴结纤维化。利用该模型，他们通过支气管镜进行了纵向的支气管肺泡灌洗（BAL）采样和流式细胞术分析，发现矽肺小鼠肺部存在持续的中性粒细胞、淋巴细胞浸润以及肺泡巨噬细胞比例下降。对小鼠肺组织进行免疫细胞和基质细胞分选后的scRNA-seq分析显示，中性粒细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和肺泡2型（AT2）上皮细胞在疾病状态下发生了最显著的变化。
Monocyte-derived macrophage differentiation and stromal crosstalk shape the fibrotic niche in silicosis
对小鼠模型的髓系细胞进行深入分析，发现了一条从经典单核细胞（cMono）向单核来源巨噬细胞（MLM）分化的清晰轨迹。模块评分分析证实，小鼠的MLM与人类矽肺患者中的IL1B-hi、CCL2-hi和SPP1-hi巨噬细胞亚群具有相似的转录特征。沿着MLM的分化轨迹，与纤维化（Spp1, Mmp19, Tgfbi）、生物矿化（Spp1, Gla, Ctsk）和氧化应激（Gclm, Prdx1, Sod2）相关的基因表达增加。细胞通讯分析（NicheNet）预测，MLM与成纤维细胞、中性粒细胞和CD4+T细胞之间存在广泛的相互作用，其中成纤维细胞来源的配体（如Spp1, Il7, Mif, Tgfb2）和中性粒细胞来源的配体（如Tnf, Nampt, Csf1）是调控MLM基因表达模式的关键信号。免疫荧光成像也证实了中性粒细胞和巨噬细胞在矽结节周围的紧密空间共定位。
Inflammatory and Spp1??+??fibroblast subsets engage reprogrammed AT2 epithelial cells in silicosis
对上皮和基质区室的分析揭示了另外两个关键细胞类型的改变。在矽肺小鼠肺部，AT2上皮细胞显著扩增，并表现出与抗原呈递、急性炎症反应、I型干扰素应答以及组织重塑相关的致病性基因签名，而其稳态功能基因表达下调。细胞通讯分析表明，成纤维细胞是AT2细胞的主要信号来源，通过Spp1、Fgf家族（Fgf2, Fgf7, Fgf10）等配体与之相互作用。对基质细胞的scRNA-seq分析发现了两个在矽肺中扩增的致病性成纤维细胞亚群：表达炎症因子（Cxcl1, Ccl19, Il33）的Sfrp1+炎症成纤维细胞和表达促纤维化分子（Spp1, Col1a1, Fn1）的Spp1+纤维化成纤维细胞。NicheNet预测这两个成纤维细胞亚群接收来自其他成纤维细胞、中性粒细胞和巨噬细胞的信号，并可能通过自分泌和旁分泌方式（如Spp1, Tgfb2, Tgfb3, Postn）维持其活化状态。对小鼠BAL液的纵向检测发现，SPP1蛋白水平在矽肺小鼠中显著升高并持续存在。免疫荧光显示SPP1+成纤维细胞浸润于矽结节内，而AT2上皮细胞和中性粒细胞则分布于结节周围，形成了支持“矽肺微环境”假设的空间组织模式。
综上所述，这项研究通过整合人与小鼠的单细胞转录组学，首次系统性地揭示了矽肺中由免疫细胞和基质细胞共同构成的复杂相互作用网络。研究不仅鉴定了人类矽肺患者中具有致病潜能的IL1B-hi炎症性MLM和SPP1-hi前纤维化MLM亚群，还通过创新的支气管镜小鼠模型，揭示了MLM、疾病特异性成纤维细胞（Sfrp1+和Spp1+）、新型中性粒细胞亚群以及重编程的AT2上皮细胞是构成“矽肺微环境”的关键组成部分。这些细胞通过SPP1、TGF-β、IL-1、FGF等多种信号分子相互通讯，共同维持着持续的炎症和纤维化进程。该研究极大地深化了对矽肺发病机制的理解，强调了靶向多个细胞类型及其相互作用的联合治疗策略的重要性，而非仅仅关注单一细胞或通路。研究所建立的支气管镜小鼠模型为未来在体评估靶向免疫-基质轴的治疗方案提供了强大的临床前平台。这些发现为开发矽肺及其他纤维化性肺病的新型疗法提供了重要的理论依据和潜在的干预靶点。
