人呼吸系统单细胞图谱揭示与WTAP相关的HSPA1B+炎性预激活单核细胞状态及其COPD相关重塑

《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：A single-cell atlas of the human respiratory system identifies a monocyte-centered HSPA1B+ inflammatory primed state associated with WTAP

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）以持续性肺部炎症和组织重塑为特征，但单核细胞功能异质性背后的细胞状态和调控机制仍未完全阐明。在此，研究人员构建了人呼吸系统高分辨率单细胞转录组图谱，并在健康肺中鉴定出包含HSPA1B⁺炎性单核细胞状态在内的多样单核细胞功能景观。该群体表现出增强的炎性程序、细胞因子和趋化因子活性，并在推断的连续单核细胞功能谱中占据独特位置。细胞间通讯分析进一步揭示，HSPA1B⁺炎性单核细胞作为基质–免疫–血管网络中的活跃通讯节点，整合MIF、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）和免疫调节信号，同时介导与周围细胞区室的CXCL和黏附相关相互作用。对COPD肺组织和支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid, BALF）的比较分析表明，该炎性单核细胞程序在疾病相关环境中选择性富集，而健康个体和COPD患者的外周血单核细胞中该状态代表性有限。整合转录组和m⁶A（N⁶-methyladenosine）调节因子相关分析鉴定出WTAP（Wilms tumor 1-associated protein）——m⁶A甲基转移酶复合体的核心组分——作为与炎性单核细胞程序相关的因子。在炎性单核细胞模型中沉默WTAP可抑制促炎介质，同时增强干扰素应答和抗原呈递程序。总之，这些发现定义了人呼吸系统中的炎性单核细胞状态景观，并鉴定出与单核细胞炎性激活和COPD功能重塑相关的WTAP相关转录程序。本研究为肺部免疫状态的组织方式及COPD慢性炎症调节的潜在机制提供了新见解。

研究背景与问题：COPD（chronic obstructive pulmonary disease）是全球重要健康负担和主要死因之一，慢性炎症是其核心病理特征，涉及中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、上皮细胞和内皮细胞等多种细胞互作。单核细胞及其分化的巨噬细胞被视为肺部免疫稳态和炎性重塑的关键调节者，但传统基于经典与非经典亚群的分类难以解释其转录和功能可塑性。既往单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）研究多聚焦疾病组织中的炎性状态，健康人呼吸系统内单核细胞功能状态如何组织、炎性单核细胞程序是否为病理诱导还是健康组织预存状态、m⁶A调控尤其WTAP是否参与，均不清楚。因此，研究人员整合多解剖区域健康呼吸系统与COPD单细胞数据，系统刻画单核细胞状态并探索WTAP相关调控。

研究开展、结论与意义：研究人员构建健康人呼吸系统单细胞图谱，对单核细胞高分辨率重聚类，结合功能评分、拟时序、细胞通讯和m⁶A调节因子分析，并在THP-1及原代人单核细胞中沉默WTAP进行验证。结论是健康肺存在HSPA1B⁺炎性单核细胞状态，具经典单核细胞特征和增强炎性程序，是基质–免疫–血管通讯网络中的活跃节点；该程序在COPD肺和BALF（bronchoalveolar lavage fluid）中富集，而外周血中代表性有限；WTAP与炎性程序相关，沉默WTAP降低炎性基因并增强干扰素应答和抗原呈递程序。其意义在于提出COPD相关炎症可能涉及既有生理性炎性单核细胞程序的放大和功能重塑，并提供WTAP相关表观转录组框架。

关键技术与样本来源（不超过250字）：研究人员整合CELLxGENE健康人呼吸系统图谱（肺实质、呼吸道、鼻组织）及GEO来源COPD肺组织数据（GSE173896、Rustam et al.报道的Shaykhiev数据集）、BALF数据（Shaykhiev实验室NLD和COPD受试者样本）和PBMC（peripheral blood mononuclear cell）数据（GSE249584）；采用Seurat质控、Harmony批次校正、UMAP聚类注释，单核细胞重聚类、AddModuleScore功能评分、差异表达与GO（Gene Ontology）富集、Monocle2拟时序、CellChat通讯、m⁶A调节因子分析及WTAP高/低比较；在THP-1和商业来源PBMC分离的原代人单核细胞中siRNA沉默WTAP，LPS/IFN-γ刺激后以qRT-PCR和流式验证。原代PBMC购自北京Mumi Xing Biotechnology，非作者直接招募。

主要研究结果：
1. 健康人呼吸系统单细胞转录组谱揭示区域细胞异质性和单核细胞炎性预备。通过整合多区域scRNA-seq并聚类，鉴定B/浆细胞、树突状细胞、内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、单核细胞、其他免疫细胞和T/NK细胞等9大群体；区域分布差异明显，肺实质免疫构成复杂；单核细胞炎性基因表达和炎症评分最高，提示生理条件下即具炎性转录预备。
2. 健康人呼吸系统中HSPA1B⁺炎性单核细胞的鉴定与功能表征。通过单核细胞重聚类获得Mono_1–Mono_5；Mono_4经典单核细胞特征和炎症评分最强，TNF、CCL5、CXCL8、CCL3、CCL4、CCL20、IL6等优先表达，HSPA1B主要局限于Mono_4，故命名为HSPA1B⁺炎性单核细胞。
3. HSPA1B⁺炎性单核细胞功能表征及单核细胞状态转换轨迹重建。通过GO和Monocle2分析，Mono_4富集炎症反应、蛋白生物合成、趋化因子/细胞因子活性；轨迹显示单核细胞呈连续转录状态，Mono_3位置较早，Mono_4/Mono_2分支偏炎性和经典特征，Mono_1–Mono_5分支偏非经典和抗原呈递特征。
4. 健康肺组织细胞间通讯网络揭示单核细胞介导免疫调节。通过CellChat发现成纤维细胞、巨噬细胞和单核细胞通讯连接突出；成纤维细胞主要介导COLLAGEN、LAMININ、FN1等ECM信号，髓系群体参与MIF、ANNEXIN、GALECTIN、IL1、MHC、ITGB2等免疫相关信号，单核细胞呈广泛双向通讯。
5. HSPA1B⁺炎性单核细胞是健康呼吸免疫网络关键通讯节点。通过信息流和配体–受体分析，MIF信息流最高；Mono_4接收MIF-(CD74+CD44)、MIF-(CD74+CXCR4)、COL1A1/COL1A2/COL4A1-CD44、LAMA-CD44、LGALS9-CD45、THBS1-CD36、ITGB2-ICAM1等信号，并发出MIF、CXCL8/3/2-ACKR1、ANXA1-FPR1/FPR2、THBS1-CD36/CD47、ICAM1-ITGB2等信号。
6. COPD肺中HSPA1B⁺炎性单核细胞代表性增加及疾病相关特征。通过整合健康与COPD肺数据，COPD肺单核细胞、巨噬细胞、肥大细胞和上皮细胞比例增加，T/NK细胞和成纤维细胞减少；COPD单核细胞重聚类为Mo_1–Mo_6，Mo_2炎症和干扰素应答最强，健康Mono_4签名主要富集于Mo_2，且COPD中Mo_2样HSPA1B⁺状态呈增加趋势。
7. m⁶A调控谱揭示WTAP相关炎性程序与单核细胞功能状态。通过m⁶A调节基因聚类，m⁶A调节谱可区分单核细胞状态；WTAP与炎症评分正相关、与干扰素应答和抗原呈递负相关；WTAP-high单核细胞富集炎症反应、LPS应答、NF-κB信号及趋化/细胞因子功能，炎症评分升高而干扰素和抗原呈递特征降低。
8. WTAP与单核细胞增强炎性及降低干扰素应答和抗原呈递程序相关。通过在THP-1和原代人单核细胞中沉默WTAP，WTAP和HSPA1B及IL1B、TNF、CXCL8、IL6降低，ISG15、IFIT1、IFIT3、MX1、OAS1、RSAD2及HLA-DRA、HLA-DRB1、CD74、CIITA、HLA-DPA1、CTSS升高；COPD BALF单核细胞中Mono_4签名与WTAP共富集，而外周血中代表性有限。

讨论部分总结：传统经典/非经典单核细胞分类不足以涵盖组织微环境塑造的连续功能状态；HSPA1B⁺炎性单核细胞在健康呼吸组织即存在，提示COPD可能涉及生理性炎性程序的定量放大和功能重塑，而非完全新生细胞群。拟时序仅提供转录排序框架，不能确立谱系关系。该状态在COPD肺和BALF富集而外周血有限，强调组织原位研究的重要性。通讯分析提示其整合MIF、ECM、ANNEXIN、GALECTIN等输入并输出CXCL和黏附信号，可能作为免疫感知与通讯节点。WTAP与炎性状态相关，但研究未测直接m⁶A修饰，不能将其视为COPD特异驱动或直接m⁶A机制；治疗潜力需细胞类型特异性和情境依赖评估。局限包括横断面数据、轨迹非谱系追踪、体内验证不足及需空间/多组学验证。

研究结论（译）：总体而言，本研究建立了人呼吸系统单核细胞状态的功能图谱，并将HSPA1B⁺炎性单核细胞鉴定为与肺部炎性重塑相关的炎性状态。研究结果提示，COPD相关免疫失调涉及炎性单核细胞程序的代表性增加和转录修饰。此外，将WTAP鉴定为与炎性单核细胞转录调控相关的因子，为控制单核细胞炎性可塑性的表观转录组机制提供了新见解。这些发现加深了对肺部免疫组织的理解，并为进一步研究慢性呼吸系统疾病中的炎性单核细胞状态及其相关调控机制提供了基础。