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为解决肺纤维化细胞间相互作用机制不明等问题，费城儿童医院研究人员开展 HPS 小鼠及患者肺组织研究。结果发现炎症性成纤维细胞等关键细胞变化。该研究为肺纤维化治疗提供新靶点，强烈推荐科研读者阅读。
在肺部疾病的世界里，有一种神秘而棘手的病症 —— 肺纤维化（Pulmonary Fibrosis，PF），它就像是肺部的一场 “灾难”，是众多间质性肺疾病（Interstitial Lung Diseases，ILD）发展到最后的可怕阶段。想象一下，原本柔软、富有弹性的肺部组织，因为肺纤维化变得僵硬、瘢痕累累，这会严重影响肺部的正常功能，导致气体交换困难，患者常常会感到呼吸困难，生活质量急剧下降，甚至最终走向呼吸衰竭。
肺泡上皮 II 型（Alveolar type II，AT2）细胞在这场 “灾难” 中扮演着重要角色。正常情况下，它能维持肺部的健康，但一旦出现功能障碍，就如同打开了 “潘多拉魔盒”，会招来循环免疫细胞在肺部大量聚集、分化。这些免疫细胞和受损的上皮细胞一起，又会促使成纤维细胞疯狂增殖、活化，进而导致胶原蛋白大量沉积，细胞外基质也开始病理性重塑。可让人头疼的是，细胞损伤究竟是如何一步步导致纤维化基质沉积的，以及在这个过程中细胞之间到底是怎样相互作用的，这些问题一直像谜团一样，困扰着科研人员。
而遗传性疾病 Hermansky-Pudlak 综合征（Hermansky-Pudlak syndrome，HPS），更是给肺纤维化的研究带来了新的挑战和机遇。HPS 是一种非常罕见的常染色体隐性遗传病，大约每百万人中才会出现一例。患有这种病的人，不仅会有眼皮肤白化病和血小板功能障碍，部分患者还会早早地被进行性纤维化 ILD 找上门，这也是导致他们死亡的主要原因。其中，HPS1 是 HPS 中最常见的亚型，和 HPS 相关的肺纤维化（HPS-PF）关系最为密切。
科学家们发现，HPS1 和 HPS2 的小鼠模型对促纤维化刺激的敏感性很高，尤其是 HPS1 - 2 双突变小鼠，在大约一岁的时候就会自发患上 PF。虽然之前有研究发现 HPS2 小鼠肺部上皮细胞中 AP - 3 的矫正能降低纤维化易感性，HPS2 的 AT2 细胞过度的趋化因子信号会增加 CCR2?单核细胞的招募和活化，抑制这个信号轴可以保护小鼠免受纤维化肺损伤，但仍有许多关键问题没有答案。比如，在 HPS 小鼠受伤后，成纤维细胞群体是如何被激活的？HPS2 小鼠中 AP - 3 的缺失，以及 HPS1 小鼠中 BLOC - 3 的缺失，会直接影响成纤维细胞的功能吗？
为了揭开这些谜团，费城儿童医院的研究人员在《Communications Biology》期刊上发表了一篇名为 “Single cell transcriptomics reveals age-dependent emergence of inflammatory fibroblasts in Hermansky-Pudlak syndrome mouse models” 的论文。通过深入研究，他们发现了 HPS 小鼠肺部炎症性成纤维细胞的奥秘，还找到了一些可能阻断纤维化级联反应的潜在靶点，这为肺纤维化的治疗带来了新的希望。
在这项研究中，研究人员使用了多种先进的技术方法。他们运用单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）技术，就像给细胞做了一次精细的 “基因体检”，详细分析了不同细胞的基因表达情况；通过免疫染色和流式细胞术，他们能够直观地观察和检测细胞的特征和数量变化；还利用了基因敲低实验，探究特定基因对细胞功能的影响；此外，细胞共培养和器官 oid 模型实验则帮助他们了解细胞之间的相互作用。
下面来看看具体的研究结果。
单细胞 RNA 测序分析 HPS 小鼠肺部情况
研究人员对不同年龄段的 HPS 小鼠模型和对照小鼠进行了 scRNA - seq 分析。他们发现，在所有年龄段和疾病亚型中，一共从四个主要细胞区室（间充质细胞、上皮细胞、免疫细胞和内皮细胞）中回收了 168,037 个细胞，并且这些细胞类型在各个样本中都有出现。这就像是在不同的 “细胞小世界” 里，都找到了相同的 “居民”，为后续研究提供了基础。
HPS 小鼠 AT2 细胞随年龄变化的特征
聚焦在上皮细胞区室，研究人员发现 AT2 细胞出现了明显变化。HPS1 - 2 小鼠中 AT2 细胞的比例显著下降，而且 60 周龄的 HPS1 - 2 AT2 细胞中，Sftpc 基因表达降低，同时与过渡性 AT2 细胞相关的基因表达增加。通过免疫染色也证实了 HPS 小鼠肺部 AT2 细胞数量随时间减少，而病理性过渡性 KRT8?/KRT17? AT2 细胞数量增多。这就好比 AT2 细胞在 “变身”，从正常状态变成了对肺部健康不利的状态。
此外，研究人员还发现，60 周龄的 HPS1 - 2 AT2 细胞中，与白细胞激活、炎症、TGF - β 激活相关的基因表达上调，而与脂质生物合成和代谢过程相关的基因表达下调。而且，HPS1 - 2 AT2 细胞与 HPS1 和 HPS2 单突变小鼠的 AT2 细胞相比，在细胞迁移和 p53 介导的凋亡信号相关基因表达上也存在差异。这表明不同类型的 AT2 细胞，就像有着不同 “性格” 的小细胞，它们的基因表达差异可能影响着肺部疾病的发展。
HPS 小鼠免疫细胞的变化
在免疫细胞方面，研究人员重点分析了髓系来源的免疫细胞。他们发现，60 周龄的 HPS1 - 2 小鼠肺部髓系细胞中，与胶原分解代谢过程相关的基因上调，与 Fc 受体信号相关的基因下调。通过免疫荧光成像和流式细胞术分析，发现 60 周龄的 HPS1 - 2 和 HPS2 小鼠肺部 CD68?细胞百分比显著增加，HPS1 - 2 和 HPS1 小鼠肺部间质巨噬细胞比例也明显增加。这说明在 HPS 小鼠肺部，免疫细胞的 “阵营” 发生了变化，这些变化可能与肺部纤维化有关。
HPS 小鼠炎症性成纤维细胞的出现
在间充质细胞区室，研究人员发现了一种特殊的细胞 —— 炎症性成纤维细胞。虽然 60 周龄的 HPS1 - 2 小鼠肺部胶原蛋白含量增加，但肺泡成纤维细胞中与成纤维细胞活化相关的基因表达并没有增加。然而，他们发现了一群在 HPS 小鼠中富集的肺泡成纤维细胞，这些细胞表达炎症基因，如 Saa3、Hp、Lcn2 等，并且在 HPS1 - 2 小鼠中，这种炎症性成纤维细胞的比例在 8 周龄和 60 周龄时都比对照组增加，60 周龄的 HPS1 和 HPS2 小鼠中也有类似现象。免疫染色结果也显示，SAA3?染色在 HPS1 - 2 小鼠中很明显，而且这些细胞分布在肺部多个区域，与之前报道的炎症性成纤维细胞特征相符。这表明炎症性成纤维细胞的出现与 HPS 小鼠的肺部纤维化密切相关。
HPS1 成纤维细胞中 IL - 1R1 表达增加
基于炎症性 SAA3?成纤维细胞的发现，研究人员进一步探究炎症来源。他们发现 60 周龄的 HPS1 - 2 和 HPS1 小鼠间质巨噬细胞中 Il1b 表达增加，60 周龄的 HPS1 - 2 小鼠肺组织匀浆中 IL - 1β 和 IL - 1α 浓度显著增加。而且，HPS1 - 2 和 HPS1 成纤维细胞中 Il1r1 基因和蛋白表达增加，通过基因敲低实验证实，HPS1 基因表达的减少会导致 IL1R1 表达增加，并且这种现象具有细胞类型特异性。这就像是在细胞之间传递的 “炎症信号”，IL - 1R1 在其中起到了关键作用。
HPS2 小鼠 AT2 细胞诱导炎症性成纤维细胞基因表达
研究人员通过共培养实验发现，HPS1 - 2 AT2 细胞和 HPS1 - 2 成纤维细胞共培养时，器官 oid 的形成效率和大小都显著降低，HPS2 成纤维细胞也无法支持 WT AT2 细胞的器官 oid 形成。而且，WT 成纤维细胞与 HPS1 - 2 和 HPS2 AT2 细胞共培养时，Saa3、Ccl2 和 Il6 表达增加，而与 HPS2 - TG AT2 细胞共培养时则不会出现这种情况。这说明 HPS2 小鼠的炎症性成纤维细胞表型依赖于上皮细胞，它们之间的相互作用影响着肺部细胞的生长和功能。
HPS1 患者肺组织的特征
研究人员对 HPS1 患者的肺组织进行 scRNA - seq 分析后发现，患者肺组织中 AT2 细胞比例最低，且具有与病理性过渡性 AT2 细胞相似的特征。同时，髓系细胞中间质巨噬细胞比例增加，PDGFRα?成纤维细胞中出现大量炎症性成纤维细胞，并且 HPS1 成纤维细胞中 IL1R1 表达增加。这表明 HPS 小鼠模型在一定程度上能够模拟人类 HPS - PF 的关键特征，为研究人类疾病提供了重要参考。
综合研究结果和讨论，这项研究有着重大意义。研究人员通过对 HPS 小鼠模型和患者肺组织的深入研究，揭示了 HPS - PF 中细胞间复杂的相互作用。他们发现炎症性成纤维细胞在 HPS 小鼠肺部的富集与疾病严重程度相关，并且不同 HPS 亚型中炎症性成纤维细胞的出现机制不同。HPS1 小鼠中，间质巨噬细胞增多和成纤维细胞表面 IL - 1R1 表达增加，可能导致炎症反应过度；HPS2 小鼠中，AT2 细胞来源的未知因子似乎诱导了炎症性成纤维细胞的产生。这些发现为理解肺纤维化的发病机制提供了新的视角，也为开发针对 HPS - PF 的治疗方法提供了潜在的靶点。
此外，研究还发现 HPS - PF 与其他进行性纤维化 ILD 有许多共同特征，这为将针对 IPF 的治疗方法应用于 HPS - PF 患者提供了理论依据。不过，研究中也发现了一些问题，比如虽然观察到炎症性成纤维细胞与纤维化的关联，但它们如何转变为纤维化成纤维细胞还不清楚，以及 AT2 细胞和其他细胞在纤维化过程中的具体作用机制还需要进一步研究。尽管如此，这项研究依然为肺纤维化的研究开辟了新的道路，期待未来能有更多的突破，为肺纤维化患者带来新的希望。
