C3a-C3ar1轴介导巨噬细胞M1极化，从而驱动矽肺的炎症和纤维化过程

《Environmental Pollution》：C3a-C3ar1 Axis Mediates Macrophage M1 Polarization to Drive Silicosis Inflammation and Fibrosis

硅肺病补体系统激活机制及治疗靶点研究揭示C3a-C3ar1轴全程参与，抑制该轴通过调控Ccl2-Ccr2信号通路和M1巨噬细胞极化延缓肺纤维化，C3a可作为早期诊断生物标志物。

　　

Xuesong Zhang|Hui Fan|Jianxia Cao|Xiaoge Cui|Yan Xie|Jingwen Fan|Xueyang Zhang|Wu Yao|Changfu Hao

郑州大学公共卫生学院，河南，450000，中国

摘要

接触结晶二氧化硅（CS）会导致矽肺病，其特征是慢性炎症和进行性纤维化。先天免疫和适应性免疫之间的调节失衡已被确定为矽肺病的关键免疫机制。然而，作为先天免疫关键组成部分的补体系统在矽肺病进展中的作用和机制仍不清楚。在这里，通过时间序列转录组分析，我们系统地研究了矽肺病不同阶段所有补体成分的表达模式。值得注意的是，C3a-C3ar1轴是唯一在整个矽肺病发展过程中始终参与其中的补体途径。在炎症早期抑制C3ar1对矽肺病有良好的抑制作用。在临床样本中，数据显示矽肺病患者的外周血液中C3a高度表达。并且支气管肺泡灌洗液细胞中C3的持续消耗支持了C3a的持续产生。从机制上讲，结合时间序列单细胞测序，我们发现C3ar1定位于M1型巨噬细胞中。抑制C3ar1通过Ccl2-Ccr2信号通路减少巨噬细胞的募集和M1型极化，从而减缓矽肺病的进程。总之，我们的发现强调了补体受体C3ar1在巨噬细胞募集和极化中的重要性，确定了补体C3a作为辅助诊断和早期预防矽肺病的潜在生物标志物，并为矽肺病的免疫治疗提供了新的方法和策略。

引言

二氧化硅占地球地壳的约59%，是超过95%造岩矿物的主要成分（Hoy和Chambers，2020）。大规模采矿导致环境和职业环境中普遍存在结晶二氧化硅（CS）的暴露。长期吸入CS会导致矽肺病，这是一种以慢性炎症和不可逆纤维化为特征的进行性肺病（Ma等人，2023；Sun等人，2025）。免疫稳态的破坏在其发病机制中起着核心作用。吸入后，CS颗粒被肺泡巨噬细胞（AMs）吞噬，触发涉及T细胞和B细胞的免疫反应失调。这导致持续的炎症和纤维化进展（Zhao等人，2025；Zhao等人，2022）。目前针对免疫细胞的疗法效果有限（Pu等人，2025；You等人，2025；You等人，2024）。显然，CS引起的免疫稳态失衡持续存在，可能涉及其他免疫机制。

补体系统是先天免疫的重要组成部分（Lian等人，2025）。激活后，它会产生如C3a/C3b和C5a/C5b这样的裂解片段，调节免疫细胞功能并重塑局部炎症微环境，从而在炎症性和纤维化疾病的进展中发挥关键作用（Azoulay等人，2024；Portilla等人，2025）。C3是这一级联反应中的核心分子，裂解后产生过敏毒素C3a，通过与特定受体C3ar1结合发挥其生物学效应（Shadid等人，2025）。研究发现，成纤维细胞衍生的C3被裂解成C3a，后者与巨噬细胞上的C3ar1结合，诱导M1型极化并释放促炎细胞因子如Tnf-α和Il-1β，从而加剧牙周组织损伤（Ren等人，2025）；C3a-C3ar1信号通路通过激活ERK/NF-κB/STAT1通路促进M1型极化并抑制修复性M2型转化，加重肾间质纤维化（Cui等人，2019）；该轴还通过改变自身免疫疾病中CD4⁺ T细胞的细胞因子分泌谱型和增强过敏性炎症中ILC2s与CD4⁺ T细胞之间的相互作用来精确调节适应性免疫（Gour等人，2018；Wang等人，2017）。

Ccl2-Ccr2轴是调节巨噬细胞募集和激活的经典途径（Han等人，2026；Li等人，2025）。在肺纤维化中，CS暴露或博来霉素会诱导高水平的Ccr2表达，促进单核细胞/巨噬细胞的募集、极化以及促纤维化细胞因子的分泌（Farooq等人，2024）。在结核性胸腔积液等疾病中，C3a和C5a会诱导胸膜间皮细胞产生Ccl2、Ccl7和Cx3cl1等趋化因子，从而招募CD14⁺CD16⁺单核细胞浸润病变部位并促进炎症细胞因子的分泌，促进疾病发病。然而，在矽肺病中，巨噬细胞的异常激活是免疫失调和疾病持续进展的关键因素（Pu等人，2025）。值得注意的是，C3a-C3aR1轴在矽肺病期间巨噬细胞激活中的调节作用和潜在机制仍有待阐明。

在这项研究中，我们进行了时间序列转录组分析和单细胞RNA测序分析，以探讨矽肺病期间的补体激活情况。我们确定了14种参与疾病发展的补体成分，其中C3a-C3ar1轴表现出持续的激活。从机制上讲，C3ar1在M1型巨噬细胞中富集并调节其极化。抑制C3ar1通过下调Ccl2-Ccr2轴来抑制巨噬细胞的募集和极化，从而减轻肺部炎症和纤维化。此外，我们发现C3a可能作为早期诊断和疾病监测的潜在生物标志物。这项研究为矽肺病的免疫病理学提供了新的见解，并确定了C3a-C3ar1轴作为一个有前景的治疗靶点。

部分摘要

参与者

2024年1月至2025年7月期间，从河南省职业病防治医院收集了34份矽肺病患者和健康对照者的外周血样本。患者和健康对照者的基线数据见表S1。本研究获得了郑州大学伦理委员会的批准（ZZUIRB 2022-149），并获得了所有参与者的知情同意。

小鼠矽肺病模型

从SPF购买的雄性C57BL/6小鼠（5-6周龄，16-18克）

矽肺病进展中的肺部炎症和纤维化分布特征

矽肺病进展通常分为三个阶段：炎症、肉芽肿形成和纤维化。为了观察肺部病理变化，我们建立了暴露于二氧化硅3天、7天、14天、28天和56天的小鼠矽肺病模型。结果显示：暴露后3天，肺泡结构紊乱，有轻微的炎症细胞聚集和胶原纤维增生；7天时，肺泡结构严重受损，伴随

讨论

矽肺病是一种职业性的、不可逆的间质性肺病，其特征是慢性炎症和纤维化（Wang等人，2026）。研究表明，免疫失调在矽肺病的发展中起着重要作用，然而针对免疫成分的疗法效果有限，这表明可能涉及其他免疫机制（Pu等人，2025；You等人，2025；You等人，2024）。我们的研究发现补体系统持续激活

结论

我们系统地分析了矽肺病不同阶段所有补体成分的表达，并确定C3a-C3ar1轴是整个疾病进展过程中始终激活的唯一补体途径。抑制C3ar1有效减缓了矽肺病的进展。从机制上讲，这种效应是通过Ccl2-Ccr2信号通路和M1型巨噬细胞极化来实现的。此外，我们的发现表明补体C3a可能作为早期

CRediT作者贡献声明

Yan Xie：监督，数据管理。Jingwen Fan：方法学，数据管理。Xuesong Zhang：写作——审阅与编辑，写作——初稿，方法学，数据管理，概念化。Hui Fan：监督，数据管理。Jianxia Cao：监督，数据管理。Xiaoge Cui：监督，数据管理。Wu Yao：监督，概念化。Changfu Hao：写作——审阅与编辑，监督，资金获取，概念化。Xueyang Zhang：方法学，数据管理

利益冲突声明

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致谢

本工作得到了国家自然科学基金 [82173491]的支持。