单细胞RNA测序揭示脓毒症诱导急性呼吸窘迫综合征肺泡免疫微环境的亚群重塑与细胞间通讯重接线

《Respiratory Research》：Single-cell transcriptomics unveils alveolar microenvironment remodeling in sepsis-induced ARDS

摘要

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种致死性疾病，死亡率高，主要由脓毒症引发。脓毒症相关性ARDS不仅涉及局灶性肺损伤，还涉及全身性免疫失调。尽管支持性治疗取得了进展，但针对脓毒症相关性ARDS潜在机制的有效疗法仍然有限，肺泡免疫微环境的全方位单细胞图谱仍然定义不清。在本研究中，我们对五例在插管24小时内发生脓毒症诱导ARDS患者的支气管肺泡灌洗液（BALF）样本、一例院内健康供体（HD）样本和来自公共数据库的四例HD样本进行了单细胞RNA测序。无监督聚类鉴定了五个主要细胞群体，其中中性粒细胞最为丰富。亚群分析显示，ARDS组和HD组之间巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞和上皮细胞存在显著的转录异质性。流式细胞术进一步验证了BALF中的细胞比例，结果显示BALF中性粒细胞比例与SOFA评分、C反应蛋白、降钙素原、乳酸和多器官损伤标志物（ALT、AST、BUN、CREA）呈正相关，与PaO?/FiO?比值呈负相关。细胞间通讯分析显示，HD中细胞间相互作用较弱且处于稳态。相比之下，ARDS患者表现出免疫细胞与上皮细胞之间强烈而动态的交叉对话。我们提出，脓毒症诱导的ARDS以功能性状态重塑为特征，表现为保护性亚群（包括脂质代谢稳态巨噬细胞（Mac1）、静息样NK/T细胞（NK/T1）、纤毛上皮细胞（Epi4）和干扰素响应性中性粒细胞（Neu3））的耗竭，病理性促炎亚群（Mac2、NK/T3、Epi2、Neu1）的扩增，以及细胞间信号的重接线：稳态修复通路的减弱同时伴有CXCL/CCL趋化因子信号级联的过度激活，这些共同导致肺泡屏障破坏和持续性肺炎症。该单细胞图谱突出了与疾病相关的细胞亚群和候选分子介质（CCL3、CCL4和CXCL2），为未来的机制研究和评估其诊断或治疗意义提供了依据。

图形摘要

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种致死性疾病，死亡率高，主要由脓毒症引发。脓毒症相关性ARDS不仅涉及局灶性肺损伤，还涉及全身性免疫失调。尽管支持性治疗取得了进展，但针对脓毒症相关性ARDS潜在机制的有效疗法仍然有限，肺泡免疫微环境的全方位单细胞图谱仍然定义不清。在本研究中，我们对五例在插管24小时内发生脓毒症诱导ARDS患者的支气管肺泡灌洗液（BALF）样本、一例院内健康供体（HD）样本和来自公共数据库的四例HD样本进行了单细胞RNA测序。无监督聚类鉴定了五个主要细胞群体，其中中性粒细胞最为丰富。亚群分析显示，ARDS组和HD组之间巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞和上皮细胞存在显著的转录异质性。流式细胞术进一步验证了BALF中的细胞比例，结果显示BALF中性粒细胞比例与SOFA评分、C反应蛋白、降钙素原、乳酸和多器官损伤标志物（ALT、AST、BUN、CREA）呈正相关，与PaO?/FiO?比值呈负相关。细胞间通讯分析显示，HD中细胞间相互作用较弱且处于稳态。相比之下，ARDS患者表现出免疫细胞与上皮细胞之间强烈而动态的交叉对话。我们提出，脓毒症诱导的ARDS以功能性状态重塑为特征，表现为保护性亚群（包括脂质代谢稳态巨噬细胞（Mac1）、静息样NK/T细胞（NK/T1）、纤毛上皮细胞（Epi4）和干扰素响应性中性粒细胞（Neu3））的耗竭，病理性促炎亚群（Mac2、NK/T3、Epi2、Neu1）的扩增，以及细胞间信号的重接线：稳态修复通路的减弱同时伴有CXCL/CCL趋化因子信号级联的过度激活，这些共同导致肺泡屏障破坏和持续性肺炎症。该单细胞图谱突出了与疾病相关的细胞亚群和候选分子介质（CCL3、CCL4和CXCL2），为未来的机制研究和评估其诊断或治疗意义提供了依据。

图形摘要