《Advanced Science》：Decoding the Cardiac Immune Microenvironment and Fibroblast Crosstalk in Radiotherapy Combined with Immunotherapy-Induced Cardiac Fibrosis Based on Single-Cell Transcriptomic Analysis
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放射治疗（radiotherapy, RT）与免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor, ICI）的联合应用（radioimmunotherapy）虽展现出显著的抗肿瘤前景，但可能加剧心脏毒性。本研究基于单细胞转录组测序技术（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq），深入阐明了联合治疗诱导心脏纤维化的核心机制。研究发现，放疗联合PD-1抑制剂显著加剧了心肌纤维化，并增强了成纤维细胞与免疫细胞（尤其是巨噬细胞）之间的交互。关键信号通路分析揭示，成纤维细胞来源的白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）信号在其中发挥了核心驱动作用。通过在患者血清、小鼠模型及IL-6基因敲除小鼠中进行验证，进一步证实了该通路的关键性。最终，应用IL-6受体抑制剂托珠单抗（tocilizumab）可有效减轻急性心脏损伤、炎症和纤维化，为缓解联合疗法的心脏毒性提供了新的治疗靶点与思路。
本研究致力于揭示放疗联合免疫治疗（radioimmunotherapy）导致心脏毒性的潜在机制，并探索相应的干预策略。研究首先通过临床前模型证实，相较于单纯放疗（IR）或免疫治疗（ICI），心脏照射联合PD-1抑制剂治疗（iRT）会加剧急性心脏损伤，并诱发随时间加重的慢性心脏功能障碍与纤维化。组织学分析及生物标志物检测均显示，iRT处理组的小鼠心肌组织中胶原沉积增加，纤维化标志物α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin, α-SMA）、转化生长因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）和胶原蛋白水平显著升高。
为了在细胞和分子层面深入解析这一过程，研究团队对干预后28天的小鼠心脏组织进行了单细胞转录组测序。分析共鉴定了包括神经元细胞、内皮细胞、成纤维细胞、壁细胞、心肌细胞、B细胞、T和NK细胞、中性粒细胞以及单核吞噬细胞在内的九种主要细胞类型。其中，成纤维细胞和单核吞噬细胞在iRT组中的比例显著增加，提示它们在介导纤维化重塑中扮演关键角色。进一步的细胞间通讯分析揭示，在iRT组的心脏微环境中，成纤维细胞是最主要的信号发送者，而巨噬细胞和中性粒细胞是主要信号接收者。值得注意的是，IL-6/IL-6R信号通路被特异性激活，主要表现为成纤维细胞（发送IL-6）与巨噬细胞（表达IL-6R）之间的交互轴。
对成纤维细胞进行亚群分析，鉴定出七个不同的亚群，其中Pcdh9+亚群在iRT组中显著扩增。功能分析表明，干预组（尤其是iRT组）的成纤维细胞高表达多种促纤维化因子和细胞外基质成分，呈现出强烈的促纤维化表型。它们通过分泌CXCL12、CXCL14、CCL2等趋化因子，以及TGFB、PDGFA等生长因子，与免疫细胞和其他基质细胞进行广泛交流，共同驱动纤维化进程。
在免疫细胞方面，研究重点关注了巨噬细胞。scRNA-seq分析显示，iRT组心脏中巨噬细胞比例增加，并且出现了促纤维化的Mmp12+和Mctp1+亚群。这些巨噬细胞高表达TGF-β1、PDGF、CCL2等因子。特别值得注意的是，表达CCR2的巨噬细胞（CCR2+）比例在干预后增加，并且这群细胞展现出更强的促纤维化特征，表明CCL2/CCR2轴在巨噬细胞招募和活化中起重要作用。
通过分析差异表达基因的动态趋势，研究人员发现IL-6是成纤维细胞中表达持续上调的关键分子。进一步定位显示，IL-6主要来源于心脏成纤维细胞，且其表达水平从对照组到iRT组逐步升高。将成纤维细胞分为IL-6+和IL-6-亚群后发现，IL-6+成纤维细胞具有更强的促纤维化特征，并且与巨噬细胞（特别是CCR2+巨噬细胞）之间存在密切的相互作用。机制上，IL-6通过激活JAK2/STAT3信号通路来促进成纤维细胞自身的活化和纤维化相关基因的表达。
为了验证IL-6的关键作用，研究使用了IL-6基因敲除小鼠模型。与野生型小鼠相比，接受联合治疗的IL-6敲除小鼠心脏中的细胞外基质沉积和免疫细胞浸润显著减少，纤维化相关蛋白表达水平下降。更重要的是，研究评估了IL-6受体抑制剂托珠单抗的治疗潜力。在野生型小鼠模型中，托珠单抗干预有效改善了联合治疗引起的小鼠体重下降，降低了血清心脏损伤标志物（cTnI和NT-proBNP）水平，减轻了心脏功能障碍，并显著抑制了心肌炎症和纤维化。
单细胞转录组分析进一步证实，托珠单抗治疗后，心脏中IL-6+成纤维细胞的比例和促纤维化分子表达均下降，巨噬细胞（尤其是CCR2+亚群）中IL-6R的表达也降低，并且IL-6介导的成纤维细胞-巨噬细胞激活信号被显著抑制。此外，在路易斯肺癌荷瘤小鼠模型中的实验表明，托珠单抗联合治疗在减轻心脏纤维化的同时，并未削弱抗肿瘤疗效，反而可能增强了疗效。
最后，本研究还将基础研究发现与临床数据相关联。对接受胸部放疗的恶性肿瘤患者血清进行分析发现，放疗后以及接受放疗联合免疫治疗的患者，其血清IL-6水平均较治疗前显著升高，这为IL-6在临床相关心脏毒性中的作用提供了支持。
综上所述，本研究系统阐明了放疗联合免疫治疗诱导心脏纤维化的复杂细胞与分子机制，核心在于成纤维细胞与免疫细胞（特别是巨噬细胞）之间通过IL-6信号介导的异常交互。靶向IL-6/IL-6R轴（如使用托珠单抗）能够有效缓解这一过程，为预防和管理这种联合疗法带来的心脏不良反应提供了新的潜在治疗策略。
