克罗恩病中基质细胞状态的表观遗传调控塑造病理性组织微环境

《Nature Immunology》：Epigenetic modulation of stromal cell states underpins pathological tissue niches in Crohn’s disease

　　

研究人员利用单细胞空间转录组学、RNA测序（RNA-seq）与ATAC测序（ATAC-seq）对约2,500,000个细胞进行剖析，在人类全层克罗恩病（Crohn’s disease, CD）肠组织中绘制了18种独特基质细胞状态及其所处细胞与细胞因子信号环境。炎症成纤维细胞（inflammatory fibroblasts, IFs）定位于免疫细胞丰富的黏膜溃疡区，由多种细胞因子联合暴露诱导产生，并抑制黏膜下通用成纤维细胞程序。IF状态通过GLI3、TWIST1、ETV4、PRDM1及RELB等转录因子（transcription factor, TF）活性得以稳定，且不会自发逆转；然而组蛋白去乙酰化酶抑制可破坏IF状态稳定性，阻止IF分泌组诱导的上皮跨迁与中性粒细胞活化。IF的开放染色质构象不同于纤维化收缩性基质（contractile stroma, CS），后者定位于毗邻的免疫耗竭黏膜下纤维化微环境。这些发现表明，病理性组织微环境中的微环境塑造了基质状态的开放染色质构象，且该构象可被表观遗传修饰剂调控。

研究背景与立项依据

克罗恩病是一种异质性慢性复发性胃肠道疾病，炎症与纤维化共同导致肠壁病理性增厚并可引发梗阻需手术治疗。尽管生物制剂与小分子抑制剂已投入临床，手术率仍居高不下，亟需发现替代药物治疗途径。既往研究已将特定基质细胞亚群（尤其是炎症成纤维细胞IF）与难治性炎症性肠病关联，IF高表达CXCL5/CXCL6、IL-11、PDPN、FAP及MMPs，是糖皮质激素、抗TNF及抗整合素治疗无应答者的标志。但IF的起源、表型稳定性及溃疡相关IF与纤维化收缩性基质（CS）是否为同一可塑谱系的争议尚未解决，微环境如何经表观遗传机制塑造基质状态亦不明。该研究发表于《Nature Immunology》，旨在通过高分辨率空间与表观转录组学解析CD中炎症与纤维化微环境内基质状态的异质性、起源及可调控性。

主要技术方法概览

研究人员纳入8例长期耐药CD患者16块回肠全层手术标本及13例追加组织（共21例患者29块组织），采用10x Xenium Prime 5,000-plex单细胞空间转录组学描绘细胞微环境；对FACS富集的THY1⁺PDPN⁺EPCAM^?CD45^?CD31^?基质细胞进行悬浮单细胞RNA-seq与scATAC-seq；以Ccd-18Co人肠基质细胞系接受TNF、OSM、IL-1β、IL-17A等单/组合细胞因子脉冲处理建立体外IF模型；运用CellCharter界定空间细胞微环境（niche），cNMF推断染色质/转录程序，SCENIC⁺推导TF调控子（regulon），PAGA与RNA速率分析谱系轨迹；并以人肠芯片（gut-on-a-chip）评估IF分泌组对上皮屏障与中性粒细胞跨迁的影响；表观干预使用belinostat等修饰剂。

研究结果

基质细胞状态在炎症与纤维化CD组织微环境中的分布

空间转录组学在2,131,098个检测细胞中鉴定15个细胞微环境，病变组织较邻接组织显著扩展溃疡（ULC）、黏膜下纤维化（FIB）及淋巴聚集（AGG）微环境。IF（COL7A1^hi）主导ULC，CS（GREM1^hi肌样细胞与TNC^hi肌成纤维细胞）主导免疫耗竭的FIB，二者空间分离。

炎症成纤维细胞定位于富免疫微环境

IF周围伴IL1B⁺中性粒细胞屏障、VWF⁺血管、NOTCH3⁺周细胞及B/浆细胞/CD8⁺T细胞/DC聚集；CS区则免疫稀疏。细胞因子响应特征投影显示IF区信号活性最高，IL-1B–IL-1R1与IL-6–IL-6ST为IF-髓系核心互作。

IF与CS具有特征性开放染色质构象

scATAC-seq揭示IF在CXCL5等位点开放，CS在DES（desmin）位点开放；cNMF程序e1/e4属IF、e10属CS；SCENIC⁺判定IF特异TF regulon含RUNX2、FOXO1、FOSL1、ETV4、RELB、GLI3、TWIST1、PRDM1，其中FOSL1、ETV4在溃疡IF中特异表达。

组合细胞因子刺激产生稳定IF状态

Ccd-18Co经IL-1β+OSM+IL-17A+TNF三轮脉冲后休息>2周，获得持续>8周不逆转的IF表型（PDPN/COL7A1/MMP1/CXCL5上调），缺失任一因子或单次刺激均不足；siRNA敲低RELB升CXCL5、PRDM1降CXCL5、ETV4降MMP1，证实TF维持表型。

黏膜下通用成纤维细胞与肌成纤维细胞为IF可能前体

PAGA/RNA速率示通用成纤维细胞流向黏膜下（SM）成纤维细胞再向IF；炎症因子抑PI16^hi促CA12^hi通用成纤维细胞；TNC^hi肌成纤维细胞越近溃疡越获IF样特征，支持SM成纤维/肌成纤维为IF可塑前体。

表观遗传调制破坏IF状态

临床级抗细胞因子中和抗体不能逆转已建IF；HDAC抑制剂belinostat显著降低CXCL5及IL-11/FAP/TNC/MMP1/3分泌，下调GLI3、TWIST1转录并关闭其位点及ETV4/RELB/PRDM1染色质可及性；GSK-J4（H3K27去甲基酶抑制）则将IF推向CS肌样态。肠芯片中IF上清削弱CDX2/MUC3A、激活NFKB2/RELB/VCAM1/CXCL3/S100A9促中性粒跨迁，belinostat处理IF上清逆转上述改变。

讨论与结论翻译

基质细胞在慢性炎症与肿瘤中受关注。本研究通过单细胞分辨率空间转录组学直接原位绘制全层CD肠组织基质状态，厘清IF与CS分别驻留溃疡与黏膜下纤维化微环境，解决既往对IF是否仅限于溃疡区的争议；揭示组合细胞因子经表观重编程由黏膜下通用成纤维细胞/肌成纤维细胞诱导出稳定IF状态，该状态不自发逆转但受HDAC抑制可逆。结论：病理性组织微环境中的微环境塑造基质状态的开放染色质构象，且该构象可被表观遗传修饰剂调控。