单细胞测序揭秘臀肌挛缩症筋膜纤维化之谜：发现关键细胞亚群，探寻潜在治疗靶点

为解决深筋膜纤维化机制不明及 GMC 治疗难题，南华大学研究人员开展 GMC 相关纤维化筋膜单细胞 RNA 测序研究。发现成纤维细胞和巨噬细胞亚群关键作用，为 GMC 等疾病治疗提供潜在靶点，值得科研读者一读。

　　

在医学的广阔领域中，纤维化一直是个让人头疼的问题。它就像一个隐藏在身体里的 “捣乱分子”，在各种慢性疾病里频繁出现，悄无声息地影响着全球大量人口的健康，据统计，其导致的死亡率在全球约占 35%，在发达国家更是高达 45%。纤维化的表现就像是组织的一场 “过度生长狂欢”，使得受影响的组织疯狂增生、变硬，而这背后的 “主谋”，就是细胞外基质（ECM）成分，像胶原蛋白、纤连蛋白等，它们不受控制地大量堆积 。由于缺乏有效的治疗手段，科研人员们一直都在努力探索不同纤维化组织背后的细胞和分子机制，希望能找到通用的治疗方法。

臀肌挛缩症（Gluteal muscle contracture，GMC），这个相对陌生的病症，也和纤维化紧密相关。它又被称为臀肌纤维化，患者的臀肌、髂胫束（ITB）、阔筋膜张肌（TFL）以及周围的筋膜就像被施了 “紧箍咒”，出现挛缩和变形。这不仅让患者的髋关节外旋和外展受到限制，走起路来困难重重，还会导致步态异常、疼痛，甚至肢体畸形。在全球范围内，GMC 虽然不算常见，但在中国的发病率却相对较高，儿童中的发病率在 1 - 2.5%。这可能和遗传因素有关，也和过去肌肉注射时使用的稀释苯甲醇脱不了干系，它会造成持续的组织损伤和慢性炎症，让那些有遗传易感性的人更容易发病。目前，对于已经确诊的 GMC，常用的治疗方法是侵入性的手术，比如切开挛缩组织或者切除纤维化的筋膜。然而，这些方法往往不能达到理想的效果，还可能带来一系列的并发症，像持续的髋关节疼痛、臀肌萎缩、术后血肿和肌肉无力等。更糟糕的是，对于轻度的 GMC，目前还没有针对性的治疗方法，而且手术后疾病还容易复发，也没有有效的预防措施。

GMC 主要在肌肉和筋膜这两种组织上 “搞破坏”，尤其是深筋膜。深筋膜纤维化可不仅仅和 GMC 有关，它还和很多其他慢性疾病有牵连，比如 Dupuytren’s 病、足底筋膜炎、髂胫束综合征和慢性肌肉疼痛。深筋膜就像肌肉的 “坚强后盾”，主要由排列规则的胶原纤维组成，成纤维细胞是其中的主要细胞成分。它在肌肉力量的传递中起着关键作用，但也正因为如此，它特别容易受到损伤、炎症和因过度使用或不当使用导致的退行性变化的影响，进而引发纤维化病变。不过，和其他纤维化病症相比，深筋膜纤维化的研究还远远不够，即使在肌筋膜疾病的研究中，大家也大多把目光聚焦在肌肉纤维化上，对深筋膜纤维化的关注少之又少。

为了揭开深筋膜纤维化的神秘面纱，来自南华大学的研究人员在《Journal of Translational Medicine》期刊上发表了一篇名为 “Identification of pro-fibrotic cellular subpopulations in fascia of gluteal muscle contracture using single-cell RNA sequencing” 的论文。他们通过研究发现，成纤维细胞和巨噬细胞在纤维化深筋膜的病理组织重塑中起着关键作用。在挛缩的深筋膜中，各种胶原蛋白、蛋白聚糖和 ECM 糖蛋白的表达都上调了，这主要是因为成纤维细胞亚群被广泛激活。而且，研究还发现了两种促纤维化的巨噬细胞亚群 ——SPP1? MP 和 ECM 样 MP，它们通过调节成纤维细胞的激活或者直接参与 ECM 的产生，促进了纤维化深筋膜中 ECM 的沉积。这些发现为治疗 GMC 和其他相关的肌筋膜疾病提供了潜在的治疗靶点，意义重大。

在这项研究中，研究人员用到了几个关键的技术方法。首先是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq），它就像是细胞的 “解码器”，能够帮助研究人员了解细胞的异质性和细胞间的相互作用。还有生物信息学分析，通过它可以对测序得到的数据进行深入挖掘，找到差异表达基因、进行通路富集分析等。另外，实验验证技术也很重要，像 Masson 三色染色可以检测胶原纤维，实时定量 PCR 能够分析基因表达的相对变化 。

下面我们来详细看看研究结果。

1. 正常和 GMC 相关深筋膜的单细胞图谱：研究人员对来自 GMC 患者和非纤维化对照组的深筋膜组织进行了 scRNA-seq。从 14 个样本中总共获得了 86,159 个细胞，经过分析，这些细胞被分为 9 个细胞簇，后来排除了可能是肌肉组织污染的簇 7。剩下的细胞主要包括成纤维细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和免疫细胞等。其中，成纤维细胞占比最多，巨噬细胞在免疫细胞中占比显著。和对照组相比，GMC 相关筋膜中巨噬细胞的比例明显增加，而且通过差异基因表达分析发现，GMC 组上调的基因和纤维化病理密切相关，这表明巨噬细胞在 GMC 的发生发展中可能起着重要作用。
2. 鉴定 GMC 相关深筋膜中的致病性巨噬细胞亚群：研究人员进一步对 7,143 个巨噬细胞进行重新聚类分析，发现了 7 个亚群。其中，Monocyte MP 亚群是未成熟的巨噬细胞，Proliferative MP 亚群具有增殖特征，MoDCs MP 亚群是组织浸润的抗原呈递巨噬细胞，Proinflamm MP 亚群参与炎症反应。而 LYVE1? MP、SPP1? MP 和 ECM 样 MP 这三个亚群表现出 M2 样或 M2 极化的特征。通过对这些亚群的分析发现，SPP1? MP 和 ECM 样 MP 在 GMC 相关筋膜中更丰富，并且它们的 ECM 调节因子得分和核心基质得分都很高。这说明 SPP1? MP 是促纤维化的巨噬细胞亚群，在深筋膜纤维化中起重要调节作用，而 ECM 样 MP 可能直接通过激活 TGFβ 通路促进 ECM 沉积。
3. SPP1? MP 和 ECM 样 MP 在深筋膜中的起源：通过单细胞轨迹分析，研究人员发现 SPP1? MP 和 ECM 样 MP 都起源于 Monocyte MP，它们沿着不同的分化轨迹发展。在这个过程中，基因表达也发生了变化，从最初的对刺激的反应、T 细胞激活等，逐渐发展到 ECM 的形成和重塑。通过对转录因子的分析还发现，SPP1? MP 的高活性转录因子 ATF1 和 PPARG 与 M2 极化有关，而 ECM 样 MP 的 Hippo 通路转录因子 TEAD1 活性高，这表明 Hippo 通路可能促进了 ECM 样 MP 的 ECM 产生。
4. 揭示 GMC 纤维化筋膜中成纤维细胞的异质性：研究人员对 59,948 个成纤维细胞进行无监督聚类分析，发现了 5 个亚群，分别是 PI16? FB、JUNB FB、COMP? FB、CXCL14? FB 和 MFAP5? FB。PI16? FB 是最不分化的亚型，是其他成纤维细胞亚群的起源。不同的亚群有着不同的分化轨迹和功能，比如从 JUNB FB 到 COMP? FB 的分化涉及到 AP - 1 基因和软骨 / 肌腱相关基因的激活，而 CXCL14? FB 则和炎症有关，MFAP5? FB 参与 ECM 重塑。虽然不同成纤维细胞亚群在 GMC 和对照组中的比例没有显著差异，但 GMC 组的深筋膜中多种 ECM 成分的表达增加，而且这些增加不是由某一个亚群引起的，而是多个亚群共同作用的结果。
5. GMC 纤维化筋膜中巨噬细胞和成纤维细胞之间的细胞通讯：研究人员分析了不同细胞类型之间的配体 - 受体相互作用，发现 GMC 组中大多数细胞类型之间的相互作用数量和强度都降低了，但巨噬细胞和成纤维细胞之间的通讯强度却增强了。进一步研究发现，在 GMC 条件下，只有 SPP1? MP 与多种成纤维细胞亚型的通讯普遍增加。SPP1? MP 来源的配体，像 TGFβ1、SPARC 等，能够促进成纤维细胞中多种 ECM 成分的表达上调，这表明 SPP1? MP 可能通过这些信号促进 GMC 成纤维细胞中 ECM 的沉积。

综合研究结果和讨论部分，这项研究有着重要的意义。它首次在单细胞分辨率下剖析了 GMC 相关挛缩深筋膜的细胞组成和分子信号，发现了成纤维细胞的广泛激活导致了挛缩筋膜中胶原蛋白、蛋白聚糖和 ECM 糖蛋白的上调。同时，鉴定出的两种促纤维化巨噬细胞亚群，揭示了它们在 ECM 沉积和调节成纤维细胞激活中的关键作用。这些发现为 GMC 的治疗提供了新的潜在策略，也为研究筋膜纤维化及相关纤维化疾病的机制开辟了新的道路。不过，研究也存在一些局限性，比如样本收集困难、scRNA-seq 技术本身的缺陷、缺乏空间背景信息以及缺少有效的体外和体内模型等。但这些不足也为未来的研究指明了方向，相信随着研究的不断深入，我们对深筋膜纤维化的认识会越来越深刻，也会找到更有效的治疗方法，为患者带来新的希望。