TGF-β1/mTORC1信号轴在定义CTHRC1+病理性成纤维细胞转录身份中的关键作用

《SCIENCE ADVANCES》：Critical role for the TGF-β1/mTORC1 signaling axis in defining the transcriptional identity of CTHRC1+ pathologic fibroblasts

　　

纤维化以细胞外基质（ECM）过度沉积为特征，是多种疾病的终末阶段。单细胞研究揭示了疾病特异性成纤维细胞群体的出现，包括高胶原合成CTHRC1+亚群。促纤维化细胞因子TGF-β1通过Smad与mTORC1/4E-BP1信号轴的协同作用促进纤维化发生。研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑报道，TGF-β1调控的matrisome基因中超过三分之一受mTORC1控制。绘制TGF-β1刺激成纤维细胞转录组发现其与特发性肺纤维化（IPF）中鉴定的CTHRC1+成纤维细胞相似，而禁用mTORC1后该重叠消失。使用选择性mTORC1抑制剂RMC-5552，研究人员证实mTORC1在IPF或肺腺癌来源成纤维细胞响应TGF-β1获得高胶原、CTHRC1+表型中起因果作用。研究人员得出结论：mTORC1在塑造这些成纤维细胞转录身份中发挥关键作用，对纤维化和癌症中mTORC1治疗性抑制具有启示意义。

《SCIENCE ADVANCES》刊发的该研究针对纤维化领域核心困境展开：特发性肺纤维化（IPF）等纤维化疾病以成纤维细胞异常活化、细胞外基质（ECM）过度沉积为终末表现，现有药物仅延缓而非阻断进展；单细胞测序虽鉴定出高胶原合成的CTHRC1⁺病理性成纤维细胞亚群，但其转录身份确立机制未明。已知TGF-β1（转化生长因子β1）经经典Smad与非经典通路促纤维化，且前期提示mTORC1/4E-BP1轴参与胶原合成，但mTORC1是否作为主控节点塑造CTHRC1⁺亚群转录谱尚属空白。研究旨在解析TGF-β1/mTORC1轴对成纤维细胞转录身份及CTHRC1⁺表型获取的因果贡献。

关键技术方法：基于健康供体与原代人类肺成纤维细胞（pHLFs）、IPF患者及肺腺癌癌相关成纤维细胞（CAFs）样本队列；联合ATP竞争性mTOR抑制剂AZD8055与变构抑制剂雷帕霉素处理，及CRISPR-Cas9敲除RPTOR（ disabling mTORC1）与RICTOR（disabling mTORC2）；整合体外bulk RNA-Seq与公共IPF单细胞RNA-Seq（GSE136831、GSE135893），用Scissor算法映射表型关联细胞亚群；以临床阶段双位mTORC1选择性抑制剂RMC-5552验证功能，辅以羟脯氨酸定量、大分子拥挤胶原沉积成像及Western blot检测4E-BP1/Akt磷酸化。

研究结果如下。ATP竞争性mTOR抑制减弱TGF-β1诱导ECM基因表达：研究人员分析既有RNA-Seq，发现AZD8055敏感基因占TGF-β1响应基因24.5%，富集ECM组织等通路；而雷帕霉素仅影响2.5%响应基因，表明mTORC1/4E-BP1而非部分mTORC1变构抑制主导matrisome程序。TGF-β1诱导促纤维化基因程序受mTORC1调控：CRISPR敲除显示1438个TGF-β1响应基因依赖mTORC1，含35% matrisome基因（COL1A1、COL3A1、PLOD2、LOX等），mTORC2仅调控13基因；Rho GTP酶周期等肌成纤维细胞收缩相关基因不依赖mTORC1。TGF-β1/mTORC1轴界定IPF中高胶原CTHRC1⁺亚群转录身份：Scissor将TGF-β1刺激非靶向CRISPR对照组pHLFs转录组映射至IPF特异CTHRC1⁺COL1A1^high细胞（100%来自IPF），而RPTOR敲除后该映射消失，RICTOR敲除仍保留；差异基因界定CTHRC1、COL1A1、ASPN、POSTN、ADAM12、TGFBI为mTORC1依赖特征基因，siRNA敲低CTHRC1不影响胶原合成证其为标记而非驱动。选择性mTORC1抑制阻止TGF-β1后胶原高CTHRC1⁺表型获取：RMC-5552在亚纳摩尔IC₅₀抑制羟脯氨酸与胶原I沉积，阻断4E-BP1（Ser⁶⁵）磷酸化而不影响Akt（Ser⁴⁷³），于对照、IPF、CAF来源成纤维细胞一致下调CTHRC1与COL1A1 mRNA。

讨论与结论部分总结：研究人员指出TGF-β1经Smad3启动COL1A1转录、经mTORC1/4E-BP1放大峰值表达，本研究发现mTORC1进一步控制超三分之一TGF-β1调控matrisome基因及整体CTHRC1⁺转录身份，mTORC2冗余；CTHRC1⁺群体特征基因ASPN、ADAM12、TGFBI为首报。RMC-5552类双位mTORC1选择性抑制剂规避雷帕霉素对4E-BP1无效及ATP竞争双靶点干扰代谢/RTK反馈之弊，为纤维化与肿瘤间质反应提供治疗切入点。局限含体外单一细胞培养、供体线数有限。结论译文：TGF-β1激活静息成纤维细胞与mTORC1轴，mTORC1控制定义CTHRC1⁺成纤维细胞转录身份的关键基因上调，该群体主导病理ECM产出；mTORC1选择性抑制剂RMC-5552阻断此响应，凸显mTORC1作为潜在抗纤维化靶点。