单细胞转录组解析哮喘气道重塑中基质/间质细胞异质性及调控网络重编程

《Scientific Reports》：Single-cell transcriptomic analysis of the heterogeneity of mesenchymal and stromal cells and their regulon alteration during airway remodeling in asthma

　　本研究针对哮喘气道炎症与重塑的细胞异质性机制，通过单细胞转录组分析食蟹猴哮喘模型，系统鉴定了10个基质细胞和4个间质细胞亚群，揭示其功能分化及调控网络动态。研究发现FOXF1、NR3C1等转录因子调控子（regulon）在疾病状态下异常激活，PPARG表达显著下调，且细胞间通讯网络发生特异性重构。该研究为靶向细胞异质性的哮喘治疗策略提供了新视角。

　　

哮喘作为一种以持续性气道炎症和重塑为特征的异质性疾病，其病理机制涉及免疫系统与结构细胞的复杂互作。尽管研究表明间质干细胞/基质细胞（MSCs）在哮喘治疗中潜力显著，但细胞异质性如何驱动气道重塑仍不明确。尤其值得关注的是，转录因子（TFs）通过形成调控子（regulon）协调基因表达网络，在哮喘发病中可能发挥核心作用，但细胞类型特异性的调控机制尚未系统解析。

为揭示这一问题，郑州大学第一附属医院的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究，通过重新分析食蟹猴哮喘模型的单细胞转录组数据，结合体外实验验证，深入探讨了肺组织中间质与基质细胞的异质性及其调控网络在哮喘气道重塑中的动态变化。

研究主要采用以下关键技术方法：基于公共数据库GSE213085的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，对食蟹猴哮喘模型和正常对照的肺组织细胞进行聚类、注释及差异分析；利用SCENIC工作流进行单细胞调控网络推断，识别细胞类型特异性调控子；通过CellChat工具构建细胞间通讯网络；整合独立批次的食蟹猴模型批量RNA测序数据（GSE41329）进行交叉验证；并建立小鼠哮喘模型，通过Western blot等技术对关键靶点进行蛋白水平验证。

ScRNA-seq识别食蟹猴肺组织中细胞类型特异性调控子

研究首先对3例哮喘和3例正常食蟹猴肺组织的单细胞转录组数据进行整合分析，鉴定出31个细胞簇，归属为12种细胞类型，包括基质细胞、间质细胞、上皮细胞及T细胞、巨噬细胞等免疫细胞。比例分析显示，哮喘组中基质细胞和间质细胞显著扩增，且基质细胞中TGF-β受体信号通路基因特异性高表达，暗示其在气道重塑中的核心作用。调控子特异性评分（RSS）分析揭示了细胞类型特异性调控子，如基质细胞中的SOX17/PBX1和间质细胞中的WT1/HOXB2。差异分析进一步发现，哮喘状态下基质细胞中FOXF1、TBX2等调控子显著激活。

基质细胞异质性及调控子参与哮喘气道重塑

对基质细胞进行亚群重聚类，识别出10个功能各异的亚群（SC0-SC9），包括内皮细胞（SC1、SC3、SC6）、成纤维细胞（SC0）、平滑肌细胞（SC2）和周细胞（SC5）等。比例比较显示，哮喘组中内皮细胞亚群SC1、SC3和周细胞显著扩增，而成纤维细胞和平滑肌细胞减少。功能富集分析表明，不同亚群分别富集于血管生成、细胞迁移、细胞外基质（ECM）受体相互作用等通路。SC1亚群在哮喘中呈现FOXF1、ETS1、GATA3等调控子激活，而MECOM、SOX17等抑制的显著特征，其靶基因网络参与炎症反应和ECM重构。

间质细胞异质性及NR3C1、DBP调控子的激活

间质细胞被划分为4个亚群（MC0-MC3），其中MC0亚群在哮喘中显著扩增，且富集于上皮-间质转化（EMT）和TGF-β通路。调控子分析显示，MC0中NR3C1和DBP调控子显著激活。NR3C1靶基因参与细胞迁移和紧密连接通路，而DBP则关联抗生素生物合成等通路，提示二者分别通过调控纤维化和昼夜节律相关基因参与哮喘进展。

间质细胞亚群特异性介导与免疫细胞的通讯丢失或增强

细胞通讯分析发现，哮喘组整体细胞间互作信号减弱。具体而言，MC1和MC3亚群与免疫细胞的通讯完全丢失，而MC0和MC2的通讯则以增强为主。例如，MC0和MC2作为受体细胞时，TGFB1信号从NK细胞向二者的传递增强；作为配体细胞时，CD44信号向T细胞和肥大细胞的传递增强。相反，MC1和MC3相关的纤维化相关信号（如FN1-ITGA）显著减弱。

PPARG下调在批量RNA-seq和小鼠哮喘模型中得到验证

通过整合食蟹猴批量RNA-seq数据，发现间质细胞中PPARG在哮喘组一致性下调。Western blot实验进一步证实，小鼠哮喘模型肺组织中PPARG蛋白水平显著降低，与单细胞转录组结果吻合。

本研究系统揭示了哮喘气道重塑中基质/间质细胞的异质性图谱及其调控网络重编程，发现特定亚群通过激活或抑制关键调控子（如FOXF1、NR3C1、PPARG）参与疾病进程，且细胞间通讯网络发生亚群特异性重构。这些发现不仅深化了对哮喘异质性机制的理解，也为开发靶向细胞亚群和转录调控的新型疗法提供了潜在靶点。