整合单细胞图谱揭示牙周炎与口腔鳞状细胞癌共有的基质激活状态与差异性髓系重塑

《International Journal of Molecular Sciences》：An Integrated Single-Cell Atlas Reveals Shared Stromal Activation States and Divergent Myeloid Remodelling in Periodontitis and Oral Squamous Cell Carcinoma

牙周炎在流行病学上与口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）相关，但这两种疾病共有的组织细胞状态尚不清楚。研究人员利用scVI/scANVI将7个公共微滴（droplet-based）scRNA-seq数据集整合为一个包含来自111份口腔黏膜样本的498,185个细胞的图谱，并以scIB进行基准测试。每种疾病仅与匹配的对照组织进行比较，并采用患者水平分析。两种疾病均扩增了活化的炎症性和基质成纤维细胞状态。活化与静息成纤维细胞在两种疾病中的差异方式相似（ρ = 0.53；患者bootstrap 95% CI 0.42–0.57），在病变组织内亦如此（ρ = 0.51）。然而，疾病与对照间的成纤维细胞反应仅呈弱共享（ρ = 0.24），且在口腔内不成立，因此这种相似性反映的是通用（generic）的活化基质表型，而非疾病特异性的成纤维细胞程序。内皮细胞和周细胞（mural）的反应共享程度更高，而免疫反应则出现分化。B/浆细胞扩增是唯一在两种疾病中均可信的丰度变化。牙周炎表现为经典单核细胞涌入和C1Q⁺巨噬细胞比例降低。TREM2⁺脂质相关巨噬细胞从白斑到癌呈上升趋势，但其相对于肿瘤邻近组织的增加仅出现在两个队列中的一个。SPP1–CD44信号仅在OSCC中通过显著性阈值。这项横断面研究具有假设生成性质，并不证明因果关系。

**研究背景与目的**

口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）是口腔最常见的恶性肿瘤，2022年全球新发病例约389,485例。牙周炎是最常见的慢性炎症性疾病之一，2021年全球重度牙周炎影响约10.7亿人。流行病学研究显示牙周炎与OSCC风险增加相关（合并比值比约2.94），但残余混杂（吸烟、饮酒、社会经济因素）仍存，因果关系未确立，且两种疾病共有的组织细胞状态未知。成纤维细胞和髓系细胞被认为是可能携带共享炎症程序的候选细胞群体。此前单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）研究分别描绘了两种疾病的细胞图谱，但缺乏在患者水平统计框架下直接整合比较。因此，研究人员构建了整合单细胞图谱，以识别两种疾病共享或特异的细胞状态程序。

**研究概况与意义**

研究人员整合7个公共微滴scRNA-seq数据集，构建了包含111份口腔黏膜样本、498,185个细胞的口腔黏膜整合图谱。每种疾病仅与同一研究内的匹配对照组织比较，采用患者水平分析。研究发现：两种疾病均扩增活化炎症性和基质成纤维细胞状态，活化轴跨疾病相关（ρ = 0.53），但疾病-对照成纤维细胞反应仅弱共享（ρ = 0.24），提示为通用活化基质表型；内皮和周细胞反应共享更强，免疫反应分化；B/浆细胞扩增是唯一共享的丰度变化。研究提名共享的活化基质反应和不同的髓系环路作为未来空间、功能和纵向研究的候选机制。

**关键技术方法**

数据来源为GEO公共数据库：整合队列GSE164241、GSE172577、GSE181919、GSE198315、GSE207502、GSE215403、GSE322620；验证队列GSE152042、GSE171213。主要技术方法包括：scVI/scANVI深度生成模型进行批次整合并以scIB基准测试；scCODA贝叶斯组成模型和Milo邻域检验进行差异丰度分析；伪bulk活化轴Spearman相关评估跨疾病收敛性；MetaNeighbor评估跨疾病状态可重复性；扩散伪时间与分区图抽象（PAGA）进行轨迹推断；LIANA与CellChat双方法取交集进行细胞通讯推断；decoupleR结合CollecTRI regulon推断转录因子活性并以AUCell共表达模块交叉验证。

**研究结果**

**2.1 数据集整合为单细胞图谱。** scANVI整合（scIB总分0.650）后经Leiden聚类和八谱系标记基因投票注释，解析出8个非恶性谱系。PERMANOVA证实牙周炎（伪F = 11.01，p = 0.003）和OSCC（GSE181919伪F = 16.87，p = 0.001；GSE198315伪F = 23.44，p = 0.001）均发生显著组成重塑。

**2.2 增殖集中于上皮细胞。** 以MKI67或TOP2A检出定义的增殖细胞主要集中于恶性细胞（28.8%）和正常上皮（12–33%），活化成纤维细胞（1.6–1.7%）和肿瘤相关巨噬细胞（2.5–3.1%）增殖率低，支持其积累主要源于募集和原位分化而非局部增殖。

**2.3 B/浆细胞扩增是唯一共享的丰度变化。** scCODA分析显示牙周炎中B/浆细胞（log₂FC 2.78）、经典单核细胞（1.07）和T/NK细胞（1.09）可信增加；OSCC中恶性细胞（2.35）、B/浆细胞（1.27）、TREM2⁺脂质相关巨噬细胞（TREM2-LAM，1.02）和基质成纤维细胞（0.87）可信增加。两种疾病可信变化的交集仅为B/浆细胞扩增。

**2.4 两种疾病扩增相似的活化成纤维细胞状态。** 亚聚类解析出6个成纤维细胞状态，活化轴跨疾病相关ρ = 0.53（患者bootstrap 95% CI 0.42–0.57），病变组织内ρ = 0.51，炎症对比最强（ρ = 0.62）。但疾病-对照成纤维细胞反应弱共享（ρ = 0.24）且口腔内不成立，解释为通用活化基质表型而非疾病特异性程序。

**2.5 髓系重塑分化。** C1Q⁺巨噬细胞作为驻留髓系群体在两种疾病中均无可信丰度变化。牙周炎以经典单核细胞涌入（9.8%→38.1%）为特征。OSCC中TREM2⁺LAM从白斑到癌升高（0.2%→7.0%→23.2%，ρ = 0.76），但该增加仅由GSE181919队列支持；SPP1⁺肿瘤相关巨噬细胞（SPP1-TAM）在肿瘤邻近组织已存在。

**2.6 轨迹分析。** 成纤维细胞形成静息-炎症-基质的单维活化轨迹（根细胞稳健性中位秩相关0.93），活化评分在中间伪时间达到峰值。髓系呈分支网络，C1Q⁺-TREM2⁺LAM连接最强（连通性0.34），反映共享驻留群体上的疾病特异性端点结构。

**2.7 双方法通讯分析。** 两种疾病共享胶原-CD44（229和92个一致互作）和CXCL12-CXCR4基质信号。SPP1-CD44环路以SPP1-TAM为发送者，仅OSCC中通过显著性阈值（23个一致互作），牙周炎中LIANA将其列为特异性但低于量级阈值。

**2.8 敏感性分析。** 活化轴相关在18种设置（三种基因过滤×含/不含批次可疑簇×三种对比）下均保持阳性（ρ = 0.48–0.54），留一数据集分析ρ = 0.42–0.54。TREM2⁺LAM增加对五种scCODA参考细胞类型选择均稳健，但仅一个队列支持。

**讨论与结论**

研究支持牙周炎和OSCC共享通用活化基质程序及血管细胞介导的基质病变反应，但髓系和骨桥蛋白（SPP1）中心环路为恶性肿瘤特征。B/浆细胞扩增是唯一共享组成变化。局限性包括：横断面设计无法证明因果或时序；两种疾病使用不同对照组织（健康牙龈vs肿瘤邻近组织）；解剖部位混杂；队列间肿瘤邻近组织差异（GSE198315邻近组织为不典型增生且TREM2⁺LAM已高表达）。未来需空间转录组验证、外部非口腔对照、统一方案多中心样本及纵向队列研究。

结论（翻译）：研究人员构建了一个经基准测试的人口腔黏膜单细胞图谱，并在匹配对照、患者水平设计下比较了牙周炎和OSCC。两种疾病均扩增活化的炎症性和基质成纤维细胞状态，这些状态与静息成纤维细胞的差异方式在两种疾病中相似。然而，其疾病-对照成纤维细胞反应仅弱共享，因此这种相似性最好被解读为通用活化基质表型，处于血管细胞共享最强的基质病变反应中。两种疾病亦扩增B/浆细胞。其免疫反应分化：牙周炎以经典单核细胞涌入和驻留C1Q⁺巨噬细胞比例降低为特征；OSCC中TREM2⁺脂质相关巨噬细胞从白斑到癌升高，但其相对于肿瘤邻近组织的增加仅见于两个队列之一，且SPP1⁺巨噬细胞已存在于肿瘤邻近组织。这些发现提名共享的活化基质反应和不同的髓系环路作为未来空间、功能和纵向研究的候选机制。本研究为横断面、假设生成性质，不证明牙周炎导致OSCC。