作者，Evil Genius
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今天我們分享文獻(xiàn)
知識(shí)積累
成纖維細(xì)胞塑造多種組織的空間結(jié)構(gòu)與細(xì)胞微環(huán)境。
單細(xì)胞 + 空間。
結(jié)果1、人類皮膚成纖維細(xì)胞亞型定位于獨(dú)特的組織微環(huán)境
在健康皮膚中，通過(guò)差異基因表達(dá)分析和通路富集分析鑒定了六個(gè)主要成纖維細(xì)胞亞型。這些亞型在不同協(xié)變量中均被觀察到?；パa(bǔ)性空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)驗(yàn)證了六個(gè)亞型的存在，并揭示了它們獨(dú)特的微解剖定位。
其中的亞群分布
1. F1: 淺層（真皮乳頭層）成纖維細(xì)胞
定位： 真皮乳頭層，緊鄰皮膚上皮。
關(guān)鍵標(biāo)志物： COL13A1, COL18A1, COL23A1 (淺層真皮膠原)；APCDD1, WIF1, NKD2 (Wnt信號(hào)抑制劑)。
功能提示： 通過(guò)與基底上皮細(xì)胞進(jìn)行Wnt信號(hào)協(xié)同相互作用，共同維持細(xì)胞身份。
2. F2: 通用（網(wǎng)狀層）成纖維細(xì)胞
定位： 真皮網(wǎng)狀層深處，散布于大膠原纖維之間。
關(guān)鍵標(biāo)志物： PI16, CD34, MFAP5 (通用PI16+成纖維細(xì)胞標(biāo)志)。
功能提示：
- 被認(rèn)為是存在于多種組織中的前體細(xì)胞狀態(tài)。
- 轉(zhuǎn)錄因子KLF5驅(qū)動(dòng)其狀態(tài)。
- 筋膜成纖維細(xì)胞是其一個(gè)亞集。
- 具備向脂肪細(xì)胞分化的潛能。
3. F3: 成纖維網(wǎng)狀細(xì)胞樣成纖維細(xì)胞
定位： 淺層血管周區(qū)域，緊鄰免疫細(xì)胞。
關(guān)鍵標(biāo)志物： CCL19, CXCL12, CH25H (趨化免疫細(xì)胞)；IL33, IL15, TNFSF13B, VCAM1 (維持免疫細(xì)胞)；CD74, HLA-DRA (MHC-II分子，用于抗原呈遞)。
功能提示：
- 轉(zhuǎn)錄組類似于淋巴器官中的成纖維網(wǎng)狀細(xì)胞。
- 核心功能為維持血管周免疫微環(huán)境，參與免疫細(xì)胞的招募、區(qū)隔、存活與抗原呈遞。
4. F2/3: 血管周成纖維細(xì)胞
定位： 兼具F2和F3的特征，分布于淺層及深層血管周區(qū)域等多種部位。
關(guān)鍵標(biāo)志物： 共享F2和F3的部分基因特征；部分細(xì)胞高表達(dá)PPARG。
功能提示：
- 與免疫細(xì)胞共定位。
- PPARG高表達(dá)提示其參與脂肪細(xì)胞分化，與F2通用譜系的分化潛能一致。
5. F4: 毛囊相關(guān)成纖維細(xì)胞
定位： 與毛囊的不同區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
關(guān)鍵標(biāo)志物： ASPN, COL11A1。
亞群細(xì)分：
- F4: DS_DPEP1+： 真皮鞘，包裹毛囊中下部。
- F4: TNN+COCH+： 新型亞型，定位于毛囊峽部，表達(dá)肌腱相關(guān)基因(MKX, TNMD)。
- F4: DP_HHIP+： 真皮乳頭，獨(dú)特表達(dá)CORIN, HHIP, RSPO3, LEF1等標(biāo)志基因。
6. F5: 施萬(wàn)樣成纖維細(xì)胞
定位： 與神經(jīng)結(jié)構(gòu)相關(guān)，富集于有神經(jīng)支配的汗腺附近，并與施萬(wàn)細(xì)胞共定位。
關(guān)鍵標(biāo)志物： SCN7A, FMO2, FGFBP2, OLFML2A。
亞群細(xì)分：
- F5: RAMP1+： 表達(dá)神經(jīng)肽CGRP的受體復(fù)合物，提示其作為與神經(jīng)系統(tǒng)的交互界面。
- F5: NGFR+： 神經(jīng)相關(guān)群體。
其中關(guān)鍵的地方
空間決定功能： 成纖維細(xì)胞亞型的位置與其功能高度相關(guān)，形成了支持上皮、免疫、脂肪生成、毛囊和神經(jīng)系統(tǒng)的特化微環(huán)境。
跨組織保守性： F2（通用）和 F3（FRC樣）是在多種組織中存在的保守亞型，分別扮演前體細(xì)胞和免疫調(diào)節(jié)者的角色。
疾病相關(guān)性： 研究特別指出，F(xiàn)3（FRC樣）和 F6（炎癥性肌成纖維細(xì)胞，在之前討論中提到）是跨組織共享的疾病相關(guān)亞型，在免疫和炎癥過(guò)程中起核心作用。
結(jié)果2、疾病適應(yīng)性與疾病特異性成纖維細(xì)胞
疾病適應(yīng)性成纖維細(xì)胞在表型上接近健康成纖維細(xì)胞亞型，并在疾病環(huán)境中顯著擴(kuò)增：
第一種與健康皮膚中的F1：淺層成纖維細(xì)胞相似。該F1樣疾病群體上調(diào)提示再生功能的基因（CRABP1、CYP26B1和WNT5A）。其中CRABP1與CYP26B1是小鼠淺層/上部創(chuàng)面成纖維細(xì)胞的標(biāo)志物，被認(rèn)為是創(chuàng)傷誘導(dǎo)毛囊新生的細(xì)胞來(lái)源，并參與視黃酸降解過(guò)程。CRABP1+成纖維細(xì)胞亦與馴鹿皮膚及人類早孕期皮膚的再生過(guò)程相關(guān)。
第二種與F3：FRC樣成纖維細(xì)胞相似，并上調(diào)CXCL9和/或ADAMDEC1表達(dá)。CXCL9是CXCR3+細(xì)胞的趨化因子，已被報(bào)道為淋巴組織中FRC細(xì)胞的活化標(biāo)志物。
疾病特異性成纖維細(xì)胞（F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞、F7：肌成纖維細(xì)胞和F8：筋膜樣肌成纖維細(xì)胞）在健康皮膚中無(wú)對(duì)應(yīng)亞型，且高表達(dá)肌成纖維細(xì)胞基因特征
F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞額外表達(dá)免疫相關(guān)基因，包括白細(xì)胞介素（IL11和IL24）、趨化因子（CXCL5、CXCL8、CXCL13和CCL11）以及能通過(guò)組織重塑促進(jìn)免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP1），同時(shí)伴隨JAK-STAT信號(hào)通路和缺氧信號(hào)基因的上調(diào)。
F7：肌成纖維細(xì)胞與F8：筋膜樣肌成纖維細(xì)胞以高表達(dá)ECM相關(guān)基因、TGFβ信號(hào)通路基因及機(jī)械傳感器PIEZO2為特征。其中F8亞型通過(guò)特異性表達(dá)筋膜相關(guān)基因群得以區(qū)分。
研究結(jié)果表明：在疾病皮膚中，健康成纖維細(xì)胞中的F1：淺層成纖維細(xì)胞可獲得再生表型（CRABP1+CYP27B1+），F(xiàn)3：FRC樣成纖維細(xì)胞則呈現(xiàn)獨(dú)特的極化狀態(tài)（CXCL9+/ADAMDEC1+），并可能進(jìn)一步產(chǎn)生肌成纖維細(xì)胞狀態(tài)（ACTA2+COL8A1+SFRP4+）。
結(jié)果3、成纖維細(xì)胞組成特征界定不同瘢痕形成風(fēng)險(xiǎn)的基質(zhì)環(huán)境
將23種皮膚病劃分為三類：低風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)和已形成瘢痕/纖維化。
各風(fēng)險(xiǎn)類別呈現(xiàn)獨(dú)特的成纖維細(xì)胞組成特征：
低風(fēng)險(xiǎn)疾病以高比例的F1：淺層（CRABP1+CYP27B1+）和F3：FRC樣（CXCL9+/ADAMDEC1+）成纖維細(xì)胞為特征，且未出現(xiàn)顯著的F6-F8肌成纖維細(xì)胞群體。這一發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)F1：淺層成纖維細(xì)胞的再生相關(guān)基因譜、以及F3：FRC樣成纖維細(xì)胞維持免疫微環(huán)境的功能相吻合。
具瘢痕形成風(fēng)險(xiǎn)的疾病獨(dú)有地表現(xiàn)為F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞的顯著高比例，此現(xiàn)象在低風(fēng)險(xiǎn)或已形成纖維化疾病中均未觀察到。而F7：肌成纖維細(xì)胞在瘢痕風(fēng)險(xiǎn)疾病與已形成纖維化疾病中的比例相近。這些數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞是影響瘢痕形成風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵群體，但在已形成的纖維化組織中大多消失。F8：筋膜樣肌成纖維細(xì)胞在已形成纖維化疾病中也有升高，但主要集中見(jiàn)于掌腱膜纖維增殖性疾病——Dupuytren攣縮。
通過(guò)兩種獨(dú)立方法驗(yàn)證成纖維細(xì)胞亞型對(duì)瘢痕風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)作用：
隨機(jī)森林分類器識(shí)別出F6與F7是預(yù)測(cè)瘢痕風(fēng)險(xiǎn)類別最重要的亞型。
在蛋白水平驗(yàn)證了公認(rèn)的肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志物L(fēng)RRC15：該蛋白在伴瘢痕風(fēng)險(xiǎn)的炎癥皮膚（化膿性汗腺炎）中明確表達(dá)，而在非炎癥皮膚或不伴瘢痕風(fēng)險(xiǎn)的炎癥皮膚（特應(yīng)性皮炎）中則未出現(xiàn).
空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)驗(yàn)證不同風(fēng)險(xiǎn)基質(zhì)中的成纖維細(xì)胞分布：
與scRNA-seq數(shù)據(jù)一致，低風(fēng)險(xiǎn)的特應(yīng)性皮炎炎癥皮膚中F3：FRC樣成纖維細(xì)胞擴(kuò)增，且無(wú)主要肌成纖維細(xì)胞存在。該群體定位于淺層血管周免疫微環(huán)境，通過(guò)10x Visium數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證。
在具瘢痕風(fēng)險(xiǎn)的黑素瘤中，除F1外，整個(gè)基質(zhì)幾乎全由F6與F7充填。F7呈現(xiàn)產(chǎn)生基質(zhì)（COL1A1、COL3A1和POSTN）的表型，符合肌成纖維細(xì)胞性癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（myoCAFs）的特征；F6則高表達(dá)炎癥性CAF（iCAF）標(biāo)志基因（MMP1、MMP3、CXCL8和IL24），此特征在具瘢痕風(fēng)險(xiǎn)的癌癥與炎癥疾病中均被觀察到。
轉(zhuǎn)錄組特征評(píng)分強(qiáng)化F6的核心地位：通過(guò)計(jì)算疾病特異性基因模塊評(píng)分發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞特征評(píng)分在化膿性汗腺炎、痤瘡及角質(zhì)形成細(xì)胞性皮膚癌中最高。
總結(jié)：發(fā)現(xiàn)證實(shí)了不同瘢痕形成風(fēng)險(xiǎn)的皮膚病具有獨(dú)特的基質(zhì)組成。F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞在具瘢痕風(fēng)險(xiǎn)的疾病中出現(xiàn)，但在已形成的纖維化中相對(duì)少見(jiàn)，提示其可能是向F7：肌成纖維細(xì)胞分化的中間狀態(tài)。
結(jié)果4、皮膚疾病特異性肌成纖維細(xì)胞的起源
對(duì)病變皮膚中的成纖維細(xì)胞進(jìn)行軌跡分析以探索其分化路徑，隨后利用時(shí)間分辨率的人類傷口數(shù)據(jù)驗(yàn)證基質(zhì)組成的動(dòng)態(tài)變化。
通過(guò)基于分區(qū)的圖抽象（PAGA）分析，發(fā)現(xiàn)：
F7：肌成纖維細(xì)胞表現(xiàn)為終末分化狀態(tài)，這與它們?cè)谝研纬衫w維化組織中存在的情況一致。
跨分析數(shù)據(jù)顯示F7存在兩個(gè)潛在來(lái)源：
- 一條軌跡直接起源于F2：通用譜系
- 另一條軌跡源自F1：淺層成纖維細(xì)胞，通過(guò)F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞這一中間狀態(tài)向F7過(guò)渡
這兩條推斷軌跡與小鼠體內(nèi)譜系追蹤研究結(jié)果一致。
為實(shí)時(shí)驗(yàn)證這些預(yù)測(cè)軌跡，分析了包含58,823個(gè)人類皮膚傷口細(xì)胞的時(shí)序數(shù)據(jù)集：
- 基線期（傷口前）：未檢測(cè)到肌成纖維細(xì)胞
- 傷后第1天：出現(xiàn)少量F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞（圖5d和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7c）
- 傷后第7天：F6成為主導(dǎo)群體
- 傷后第30天：F7轉(zhuǎn)化為主要群體，符合其在已形成纖維化/瘢痕組織中的作用
綜上，結(jié)果表明：在人類皮膚中，F(xiàn)6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞是向F7分化的中間狀態(tài)，且成纖維細(xì)胞起源具有潛在可塑性。
結(jié)果5、人類跨組織疾病相關(guān)成纖維細(xì)胞群體
為探究本研究中鑒定的皮膚成纖維細(xì)胞亞型是否在其他人體組織中保守存在，開(kāi)展了跨組織分析。既往研究雖已報(bào)道多種跨組織存在的成纖維細(xì)胞狀態(tài)，但由于各研究采用的命名法和基因標(biāo)記不同，這些群體間的相互關(guān)系及其與發(fā)現(xiàn)的皮膚成纖維群體的關(guān)聯(lián)尚不明確。為此采用兩種研究策略：
第一策略：跨組織標(biāo)志基因在皮膚數(shù)據(jù)集中的表達(dá)評(píng)估
通過(guò)分析既往報(bào)道的跨組織成纖維細(xì)胞標(biāo)志基因在皮膚數(shù)據(jù)集中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)這些已知群體很可能同樣存在于人類皮膚中，分別對(duì)應(yīng)本研究的：
- F2：通用型
- F3：FRC樣
- F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞
- F7：肌成纖維細(xì)胞
第二策略：百萬(wàn)級(jí)跨組織細(xì)胞整合分析
整合了來(lái)自皮膚、肺、腸道、滑膜、子宮內(nèi)膜、心臟和鼻粘膜等組織的約580萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的已發(fā)表數(shù)據(jù)集?；诘湫蜆?biāo)志基因表達(dá)，從中篩選出約100萬(wàn)個(gè)成纖維細(xì)胞進(jìn)行下游分析。通過(guò)全轉(zhuǎn)錄組譜整合（而非有限標(biāo)記基因），更全面地定義了細(xì)胞狀態(tài)相似性：
確認(rèn)新型跨組織群體：
- F2/3：血管周成纖維細(xì)胞（表達(dá)CXCL12、APOC1、PPARG）
- F5：NGFR+施萬(wàn)樣成纖維細(xì)胞（表達(dá)SCN7A、NGFR、ITGA6、EBF2）
這兩類群體在肺、腸道和鼻粘膜等多個(gè)組織中均被檢測(cè)到（圖6c,d和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8b,c）
組織特異性表達(dá)模式：
- F1：淺層成纖維細(xì)胞顯示組織特異性基因表達(dá)差異，可能反映不同部位上皮組織的特有模式
結(jié)論：盡管人體組織間存在顯著生物物理特性差異，但結(jié)果證實(shí)了既往報(bào)道的跨組織成纖維細(xì)胞狀態(tài)在皮膚中的普遍存在。更重要的是，首次提出F2/3：血管周成纖維細(xì)胞和F5：NGFR+（神經(jīng)相關(guān)）成纖維細(xì)胞為新型跨組織保守群體。
結(jié)果6、跨組織成纖維細(xì)胞調(diào)控皮膚中獨(dú)特的免疫微環(huán)境
在皮膚中鑒定到的疾病相關(guān)成纖維細(xì)胞狀態(tài)，是否在非皮膚組織中也會(huì)被同類疾病顯著富集？基于F3：FRC樣和F6：炎癥性肌成纖維細(xì)胞在跨組織中的保守性及其通路富集分析提示的潛在免疫互作角色，聚焦于此二者，并利用皮膚數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)胞間通訊分析以預(yù)測(cè)其與免疫細(xì)胞的功能性互作。
跨組織分析發(fā)現(xiàn)：
F3: FRC樣成纖維細(xì)胞普遍存在于免疫病理介導(dǎo)的炎癥性疾病和纖維化過(guò)程中，包括肺（COVID-19和間質(zhì)性肺?。┖湍c道（炎癥性腸病IBD）。盡管人類肺細(xì)胞圖譜未報(bào)道該群體，但經(jīng)重新聚類后在肺組織中識(shí)別出F3群體，與既往研究一致。同時(shí)證實(shí)了IBD中的T網(wǎng)狀細(xì)胞（FRC亞群）與F3的等同性。
F6: 炎癥性肌成纖維細(xì)胞在癌癥和炎癥組織中大量存在，但在已形成的纖維化中相對(duì)少見(jiàn)，與皮膚數(shù)據(jù)結(jié)論一致。確認(rèn)了IBD中描述的炎癥性肌成纖維細(xì)胞與皮膚F6群體的等同性。在具臨床 metadata 的IBD scRNA-seq數(shù)據(jù)集中進(jìn)一步驗(yàn)證：F6在炎癥組織中的比例顯著高于非炎癥組織，且其豐度與臨床炎癥嚴(yán)重程度評(píng)分正相關(guān)。
細(xì)胞互作機(jī)制解析：
F3：受體-配體分析提示其通過(guò)與遷移性樹(shù)突細(xì)胞（CCL19-CCR7）及T細(xì)胞亞群（CXCL12-CXCR4）互作，維持T淋巴細(xì)胞群體并促進(jìn)T細(xì)胞-樹(shù)突細(xì)胞相互作用，類似淋巴組織中的T網(wǎng)狀細(xì)胞功能。利用NicheCompass在炎癥性特應(yīng)性皮炎皮膚中進(jìn)行生態(tài)位鑒定，證實(shí)CCR7+ MigDCs和CXCR4+ T細(xì)胞共定位于F3所在的淺層血管周微環(huán)境。
F6：被預(yù)測(cè)通過(guò)特定配體-受體對(duì)（CXCL5/6/8-CXCR2、CSF3-CSF3R；CCL5/26-CCR1；CXCL13-CXCR5）在皮膚中招募并維持中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞和B細(xì)胞。這些基因在皮膚傷口愈合、痤瘡、化膿性汗腺炎以及IBD和肺癌中均高表達(dá)，提示其存在跨組織招募免疫細(xì)胞的相似機(jī)制。
總結(jié)：結(jié)果表明，F(xiàn)3: FRC樣成纖維細(xì)胞（標(biāo)志：CCL19+CD74+TNFRSF13B+及IL33/IL15）與F6: 炎癥性肌成纖維細(xì)胞（標(biāo)志：IL11+MMP1+CXCL5+IL7R+）通過(guò)介導(dǎo)不同的免疫微環(huán)境，共同驅(qū)動(dòng)皮膚及其他組織的病理進(jìn)程。
結(jié)果7、成人及胚胎期人類皮膚中的F3：FRC樣成纖維細(xì)胞
基于成人皮膚F3：FRC樣成纖維細(xì)胞與腸道T網(wǎng)狀細(xì)胞的高度相似性，推測(cè)這些成纖維細(xì)胞在各自組織中具有同源起源。腸道FRCs發(fā)現(xiàn)于派爾集合淋巴結(jié)，被認(rèn)為起源于胚胎期的淋巴組織組織者（LTo）細(xì)胞；然而皮膚中并不存在類似派爾結(jié)的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)3細(xì)胞的起源仍屬未知。為從發(fā)育角度探索F3的譜系發(fā)生，首先整合了成人及胚胎期皮膚成纖維細(xì)胞數(shù)據(jù)，并鑒定出對(duì)應(yīng)的成纖維細(xì)胞群體，發(fā)現(xiàn)成人F3群體與胚胎期皮膚CCL19+成纖維細(xì)胞顯著相關(guān)。
通過(guò)聯(lián)合分析人類胚胎期皮膚與腸道數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)胚胎期皮膚CCL19+細(xì)胞與胚胎期腸道間充質(zhì)LTo細(xì)胞聚集在同一亞群。這些皮膚CCL19+細(xì)胞表達(dá)已知的間充質(zhì)LTo標(biāo)志物78（包括CCL21、CXCL13、MADCAM1、FDCSP和TNFSF11（RANKL）），表明胚胎期皮膚CCL19+細(xì)胞可能以類似腸道LTo細(xì)胞的方式，發(fā)育分化為成人皮膚F3細(xì)胞。
進(jìn)一步探究LTo基因程序在成人皮膚F3中的活性發(fā)現(xiàn)：
健康成人皮膚中不表達(dá)LTo基因程序（包括CXCL13和FDCSP）
該程序在特定皮膚病中被重新激活，尤其在化膿性汗腺炎中顯著上調(diào)
鑒于CXCL13是三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)（TLS）形成的關(guān)鍵趨化因子，而TLS在成人皮膚中較為罕見(jiàn)，但新近研究提示其存在于化膿性汗腺炎病變中——這表明重新激活的LTo基因程序可能驅(qū)動(dòng)了TLS的形成過(guò)程
通過(guò)跨物種比較分析發(fā)現(xiàn)：
成人F3細(xì)胞對(duì)應(yīng)小鼠Ccl19+成纖維細(xì)胞
該群體在小鼠中主要分布于淋巴器官，在其他組織（如肺）中也有存在
關(guān)鍵差異：F3在健康人類皮膚中相對(duì)豐富，而對(duì)應(yīng)的Ccl19+成纖維細(xì)胞在健康小鼠皮膚中極為罕見(jiàn)
結(jié)論：F3：FRC樣成纖維細(xì)胞在人類皮膚中顯著富集，而在小鼠皮膚中幾乎不存在或完全缺失。
最后來(lái)看看方法
亞群分析，這個(gè)就是我們課上講到的方法
Xenium部分
