小鼠气管簇细胞亚群分化轨迹的鉴定及其在人鼻窦组织中的保守性

《Respiratory Research》：Sequential molecular states underlie tuft cell diversity in the murine tracheal and human sinonasal epithelium

　　

摘要

背景

簇细胞是罕见的化学感觉上皮细胞，能够整合免疫和神经元信号通路，以协调气道的宿主防御和上皮重塑。尽管单细胞转录组学研究已鉴定出转录水平上存在差异的簇细胞亚群，但这些群体之间的发育关系以及调控其在气道损伤后扩增的机制尚未完全阐明。

方法

我们利用遗传谱系追踪、分子标记特征分析和过敏原诱导损伤模型，研究了小鼠气管上皮中簇细胞的分化与扩增。将公开的单细胞RNA测序数据集的拟时间分析与短期谱系追踪相结合，以定义分化轨迹。采用RNA原位杂交（RNAscope）和免疫荧光（IF）对人鼻息肉标本进行分析，以评估簇细胞异质性的保守性。

结果

在小鼠气管中反复应用 Alternaria alternata（ALT）刺激可诱导簇细胞增生，并使由特定标记定义的簇细胞状态发生扩增，这些状态以 Pou2f3（编码POU类2同源盒3）、双皮质素样激酶1（DCLK1）、胆碱乙酰转移酶（ChAT）和味觉蛋白（gustducin）的表达为区分特征。利用基底细胞报告菌株进行的谱系追踪显示，损伤后基底细胞来源的DCLK1?簇细胞逐渐积累，而Ki-67染色未显示簇细胞增殖的证据。拟时间分析和短期谱系追踪鉴定出DCLK1?细胞为成熟簇细胞（表达味觉蛋白或ChAT）积累之前的中间阶段。α-酮戊二酸受体1（OXGR1）缺失显著损害了过敏原刺激后DCLK1?、ChAT?和味觉蛋白?簇细胞群体的扩增。最后，采用RNAscope和IF联合分析人鼻息肉组织，在人鼻窦上皮中鉴定出不同的POU2F3?和POU2F3?ChAT?簇细胞群体。

结论

总之，我们的研究结果定义了小鼠气管簇细胞亚群的分化轨迹，并确认了由标记定义的簇细胞异质性在人鼻窦组织中的保守性。这些发现为理解气道炎症和重塑中簇细胞的动态变化提供了框架。