文献分享–特发性肺纤维化肺泡再生生态位的时空细胞图谱

作者，Evil Genius

今天我们来分享文献

大家想拥有一篇NC么？说实话，我自己也很想拥有。关于肺纤维化的文章其实挺多的，不乏顶刊，但是还是未能完全说明问题。

知识积累

健康肺泡的修复依赖于肺泡干细胞分化为特定上皮细胞以维持气体交换的能力。在特发性肺纤维化（IPF）等慢性纤维化肺病中，这一再生过程出现异常。

不同阶段的肺组织样本（IMC），构建了再生肺泡生态位的高分辨率时空细胞图谱。

组织再生与祖细胞功能依赖于为成体干细胞增殖和更新提供最佳信号的局部微环境。损伤发生后，健康肺部展现出显著的修复能力，这一过程由多种祖细胞支持，包括Ⅱ型肺泡上皮细胞（ATII）、克拉拉细胞、KRT5⁻支气管肺泡干细胞（BASCs）以及更为罕见的KRT5高表达气道基底干细胞。然而，在特发性肺纤维化（IPF）等慢性肺病中，这种再生潜能受损且往往失调。

IPF是一种慢性进展性纤维化肺病，预后不良。约半数患者在确诊后五年内死亡，目前仅有的两种抗纤维化药物治疗仅能延缓疾病进展。纤维化反应被认为是肺泡微损伤后过度修复所致：活化的成纤维细胞通过沉积胶原蛋白扩张间质。这种结构改变伴随显著免疫细胞浸润以及异常上皮再生——形成细支气管样细胞而非薄壁的Ⅰ型肺泡上皮细胞。

结果1、IPF肺脏再生肺泡生态位的时空定义

结果2、IPF肺脏再生肺泡生态位的细胞组成特征

鉴定出5种肺泡上皮细胞类型，

核心发现：

• 1）异常上皮（ABIs+基底细胞）占IPF再生肺泡的64%，功能性ATI细胞不足5%（健康肺ATI:ATII为1:2）；
• 2）免疫细胞在疾病各期持续富集，以CD14低单核细胞、CD4/CD8 T细胞和CD206^high巨噬细胞为主，且组成无显著变化。

ABIs与特定免疫细胞的强正相关性

尽管免疫细胞整体组成无分期差异，但特定免疫细胞与ABIs的数量呈现显著正相关：

• 1）中期（病变前沿）：ABIs与CD103+ CD4 T细胞、CD14低单核细胞、CD206^high巨噬细胞、NK细胞等6类细胞显著相关（r=0.50-0.85）；
• 2）中性粒细胞/NK细胞的相关性仅见于中期；
• 3）CD206^high巨噬细胞是唯一在各期均与ABI_b-DC毗邻簇数量同步增加的细胞；

• 4）仅CD206阴巨噬细胞与ABI_b-DC毗邻簇呈负相关（r=-0.71）。

  

结果3、IPF肺脏再生肺泡生态位的空间互作特征

特异性空间共定位：

• CD206^high/^mid巨噬细胞和CD103+ CD4 T细胞是仅有的与ABIs（ABI_a和ABI_b-DC毗邻cluster）显著共定位的免疫细胞
• CD206^high巨噬细胞在疾病全阶段与ABI_b-DC毗邻cluster共定位，而CD103+ CD4 T细胞仅早期共定位
• 中性粒细胞/NK细胞虽与ABIs数量相关（中期），但无空间共定位

三级细胞互作网络：

• 通过最小外接圆（MEC）算法发现，CD206^mid/^high巨噬细胞与ABI_b-DC毗邻cluster在病变前沿（中期）形成最强空间三联体（NCF>2）
• 晚期疾病中，ABI_a与CD206^high巨噬细胞共定位增强

血管相关免疫招募：

• NK细胞/中性粒细胞在早期与血管共定位，提示炎症细胞早期浸润

• CD14低单核细胞全期与血管共位，符合其巡逻单核细胞特性

  

结果4、微环境分析揭示CD206^high巨噬细胞参与ABI细胞向基底细胞分化

ABI亚型的差异化微环境特征

ABI_a细胞（分化早期阶段）

• 在早/中期与"血管cluster"弱共定位[g(r=20)=1.1]
• 仅晚期与基底细胞及CD206^mid巨噬细胞形成共定位网络

ABI_b-DC毗邻cluster（分化后期阶段）

• 从早期到晚期持续与CD206^high巨噬细胞、基底细胞形成细胞灶
• 共定位强度随疾病进展而增强

生物学意义

空间异质性验证：两种ABI亚型具有截然不同的细胞微环境，证实其代表不同的异常再生焦点

分化调控机制：

• CD206^high巨噬细胞选择性围绕ABI_b-DC毗邻cluster的现象
• 提示该巨噬细胞亚群可能通过空间邻近效应

• 促进或维持ABI细胞向基底细胞命运分化

  

结果5、细胞接触网络分析揭示CD206^high巨噬细胞与ABIs的直接互作及动态免疫-上皮网络

特异性直接接触对：

• CD206^high巨噬细胞在所有疾病阶段均与ABI_b-DC毗邻cluster直接接触（z-score>0，p<0.05）
• CD206^mid巨噬细胞仅在晚期与ABI_a形成接触对（验证了邻域分析结果）
• CD103+ CD4 T细胞虽与ABIs共定位但无直接接触，提示其通过体液因子调控

疾病阶段特异性网络演化：

• 早期：肺泡上皮细胞（ABIs/基底细胞/ATII）形成独立接触网络，仅CD206^mid/^high巨噬细胞嵌入其中
• 中期（病变前沿）：
  ✓ 出现"超级网络"——CD206^high巨噬细胞作为中枢节点连接ABI群落与免疫细胞群落
  ✓ 直接接触对数量达到峰值
• 晚期：
  ✓ 免疫网络分裂为髓系主导（含CD206巨噬细胞/单核-DCcluster）和T细胞主导两个子网络
  ✓ 髓系网络持续与ABI网络共存，表明纤维化晚期仍存在活跃的免疫-上皮互作

方法学内容

接触细胞网络（CCN）构建：

• 基于细胞分割掩膜识别物理接触对（邻接细胞网络，ACN）
• 计算接触比例z-score（与1000次标签随机置换的CSR对比）
• 三重过滤（g(r=20)>1，z-score>0，p<0.05）确保网络可靠性

生物学意义

• 治疗靶点提示：CD206^high巨噬细胞-ABI_b接触对的跨阶段稳定性，使其成为干预异常再生的潜在靶标
• 时空动态性：中期CD206^high巨噬细胞的中枢连接作用，提示病变前沿阶段是网络干预的关键窗口期
• 机制研究方向：直接接触对的发现为后续配体-受体互作研究提供了明确细胞组合
  

结果6、纤维连接蛋白与MIF信号被预测为CD206^high巨噬细胞-ABI互作的关键通路

采用Habermann团队发布的IPF单细胞转录组数据，重点分析其KRT5-KRT17低ABI亚群和过渡态ATII细胞。

受体-配体互作预测

核心信号通路：

MIF信号轴：

• ABI作为分泌源→通过MIF激活CD206^high巨噬细胞上的CD74-CD44/CXCR4复合体

纤维连接蛋白（FN）信号轴：

• CD206^high巨噬细胞作为分泌源→通过FN结合ABI上的整合素（ITGA3/V/β1/6）、Syndecan（SDC1/4）及CD44受体

淀粉样前体蛋白（APP）可能参与互作

实验验证

• 免疫荧光染色证实IPF组织中CD206+巨噬细胞存在FN表达异质性
• CD206^highFN^high肺泡巨噬细胞构成独立亚群，与既往报道的定居型/促纤维化亚群均不同

潜在功能意义

• FN信号：可能通过整合素受体维持ABI存活或促进基底样分化
• MIF信号：或调控巨噬细胞向病变肺泡区域的迁移与滞留
• 时空特异性：该互作模式与空间分析发现的跨阶段直接接触现象高度吻合

最后我们来总结一下

异常上皮与免疫微环境特征：

再生区域中51%的肺泡上皮由异常基底样中间态（ABIs）构成

免疫景观以CD14低单核细胞、CD206^high肺泡巨噬细胞、B细胞和CD4+/CD8+ T细胞为主

虽细胞比例在各期保持稳定，但空间组织模式呈现动态演变：

• 早期：CD103+ CD4 T细胞与ABI_b-DC毗邻簇形成三元互作（含CD206^high巨噬细胞）
• 进展期：CD206^mid/^high巨噬细胞与ABI_a/b的空间关联增强，并伴随基底细胞共定位

ABIs的核心地位：

作为唯一与特定免疫细胞共定位的上皮细胞，ABIs可能是分化轨迹中免疫调控的关键节点

即使在终末期疾病（间质胶原沉积最大化、成纤维细胞灶稀少时）仍持续存在，提示肺泡上皮具有持续再生潜能

空间限制性受体-配体互作：

FN-αvβ6整合素通路：CD206^high巨噬细胞通过FN与ABI上的整合素（尤其是αvβ6）互作，可能通过激活TGF-β影响上皮再生与纤维化

SDC1-FN信号：可能通过增强Wnt信号调控上皮迁移/粘附

MIF-CD74/CXCR4轴：ABI分泌的MIF可能通过抑制巨噬细胞凋亡维持炎症微环境

免疫互作层级体系

通过数学建模构建互作层级：

• 直接接触（CD206^mid/^high巨噬细胞）
• 短程互作（CD103+ CD4 T细胞）
• 长程互作（CD14低单核细胞、NK细胞等）

这种空间架构提示在病变前沿，CD206^high巨噬细胞-ABI互作核心与远端免疫细胞（如中性粒细胞）可能协同驱动ABI增殖。

临床意义

• 治疗靶点：CD206^high巨噬细胞-ABI互作跨阶段稳定存在，为干预异常分化提供新靶标
• 干预时机：终末期疾病中仍存的再生尝试，暗示晚期治疗可能性
• 血管炎症关联：CD14低巡逻单核细胞与血管的共定位提示肺血管异常可能参与再生失调

最后看一眼方法

生活很好，有你更好