人类结核性缩窄性心包的单细胞与空间转录组图谱

《eBioMedicine》：A single-cell and spatial transcriptomic atlas of human tuberculous constrictive pericardium

结核性心包炎可进展为致命的结核性缩窄性心包炎（TB-CP）。为解析其免疫-间质相互作用的细胞学基础，研究人员整合单细胞RNA测序与空间转录组学，对患者心包组织进行了图谱构建。研究揭示了以MMP9+巨噬细胞、S100A4+内皮细胞、CCL19+成纤维细胞和T细胞为核心的、空间有序的细胞网络，并发现VEGF/TGF-β信号是连接免疫激活、内皮细胞重编程和成纤维细胞活化的关键通路，为理解TB-CP纤维化机制及寻找治疗靶点提供了全新视角。

　　

论文解读

心脏被一层坚韧的薄膜——心包所包裹，它像一件保护衣，维持着心脏的稳定。然而，当结核分枝杆菌感染蔓延至此，就会引发结核性心包炎。在部分患者中，这种炎症会顽固不愈，最终导致心包异常增厚、硬化，形成所谓的缩窄，严重限制心脏的舒张功能，危及生命，这就是结核性缩窄性心包炎（TB-CP）。尽管临床上认识到它是一种严重的纤维化综合征，但科学家们对驱动这种致命纤维化的细胞“演员”有哪些、它们如何在心包这个“舞台”上相互作用并“上演”这场病变，却知之甚少。传统的研究方法难以在细胞层面解析这种复杂的免疫-间质微环境。为了解决这个悬而未决的科学问题，由Feng Xiong、Yangran Qi、Shuzhen Wang、Lijuan Zhang、Fuyi Cheng、Kunyue Tan、Jian Chen、Yali Lei、Wenjie Yang、Zelei Zhao、Liang Huang、Lijian Cheng、Yong Luo、Yi Wang等人组成的研究团队，采用前沿的单细胞与空间组学技术，决心绘制一张人类TB-CP心包的高清“细胞地图”。

该研究成果发表于《eBioMedicine》。为了回答上述问题，研究人员从6名接受心包切除术的TB-CP患者和3名正常对照者中获取了手术切除的心包组织样本。他们整合应用了单细胞RNA测序、空间转录组学、组织病理学、免疫组织化学、多重免疫荧光、流式细胞术、蛋白质印迹以及RNA荧光原位杂交等多种技术，旨在原位、多维度地解析TB-CP心包的细胞图谱、状态转换和信号网络。

研究结果

单细胞转录组描绘TB-CP心包细胞图谱

研究首先对81,634个细胞进行了单细胞RNA测序，鉴定出14个主要细胞类型和33个转录亚群。与正常心包相比，TB-CP组织中免疫细胞（髓系、T/B淋巴细胞）比例显著增加，而间皮细胞几乎完全缺失。组织学染色验证了TB-CP心包存在显著的肉芽肿结构、间皮丢失、胶原沉积增加、新生血管和大量巨噬细胞浸润。免疫荧光显示，CD68⁺巨噬细胞形成的肉芽肿核心被CD3⁺T细胞和THY1⁺成纤维细胞环绕，提示免疫-间质细胞在病变中紧密互作。

髓系细胞异质性及肉芽肿相关MMP9⁺巨噬细胞的作用

髓系细胞被分为树突状细胞、巨噬细胞、单核细胞和中性粒细胞。其中，表达SPP1和MMP9的巨噬细胞亚群（Mac_b）在TB-CP中显著扩增。伪时间轨迹分析显示Mac_b处于中间分化状态。空间转录组图谱揭示Mac_b高表达“肉芽肿评分”相关基因，并富集于肉芽肿核心区域。同时，Mac_b/c高表达抗原呈递和氧化磷酸化相关基因，表明它们在驱动免疫应答和代谢重编程中扮演核心角色。多重免疫荧光证实CD68⁺/MMP9⁺/CTSS⁺细胞在肉芽肿内共存。

淋巴细胞亚群的分子特征

T细胞分析揭示了功能各异的亚群：具有调节性T细胞特征的CD4_b，表达细胞因子和抗菌肽的CD4_a，以及具有细胞毒性和耗竭特征的CD8_a/d亚群。B细胞谱系显示，TB-CP中浆母细胞和浆细胞比例增加，流式细胞术和免疫荧光证实了心包局部B细胞的活化和抗体产生。空间定位显示CD4⁺T细胞更靠近肉芽肿内部，而CD8⁺T细胞与产生IgG的浆细胞共定位于肉芽肿周围。

平滑肌细胞和内皮细胞参与血管重塑

研究鉴定出动脉型（SMC_a）和静脉型（SMC_b）平滑肌细胞。SMC_b高表达胶原、低氧和NF-κB通路相关基因，表明其参与病理性血管重塑。内皮细胞被分为六个亚群，其中一个S100A4⁺亚群（Endo_f）表现出内皮-间质转化（EndoMT）的转录特征，如下调CDH5，上调COL1A1、ACTA2等。免疫荧光证实了CD31⁺/S100A4⁺/α-SMA⁺的内皮细胞存在。伪时间轨迹分析支持Endo_f是内皮细胞向EndoMT样/肌成纤维细胞样状态分化的终点之一。

成纤维细胞和肌成纤维细胞的转录异性与状态转换

研究鉴定出三个成纤维细胞亚群和一个明显扩增的肌成纤维细胞亚群。肌成纤维细胞高表达ACTA2、胶原和免疫调节基因（如补体、MHC II、免疫球蛋白相关基因）。空间图谱显示成纤维细胞（THY1⁺）和表达CCL19的侵袭性成纤维细胞（Fibro_c）位于肉芽肿内/边缘，而ACTA2⁺肌成纤维细胞则被排除在肉芽肿高评分区域之外。伪时间轨迹分析表明，肌成纤维细胞可能来源于成纤维细胞（成纤维-肌成纤维细胞转化）和经历EndoMT的内皮细胞（Endo_f），而来自平滑肌细胞的贡献较小。

细胞间相互作用揭示免疫细胞驱动的纤维化微环境

配体-受体互作分析显示，TB-CP中细胞间通讯整体增强，巨噬细胞是关键的信号枢纽。巨噬细胞（Mac_b/c）通过分泌VEGFA/B和TGF-β1，分别激活内皮细胞的p-ERK1/2信号通路和诱导其发生EndoMT（表现为p-SMAD3核转位和α-SMA共表达）。蛋白质印迹和免疫荧光验证了病灶中VEGFA和TGF-β1蛋白水平升高，且TGF-β1与CD3⁺T细胞、p-SMAD3与THY1⁺/α-SMA⁺成纤维细胞存在共定位。同时，巨噬细胞和CD4⁺T细胞通过TGF-β信号作用于成纤维细胞。此外，巨噬细胞通过CXCL9-CXCR3、CXCL16-CXCR6等趋化因子轴招募T细胞，并高表达CTSS、CD86等抗原呈递和共刺激分子，与T细胞上的CTLA4、CD28等相互作用，形成免疫突触，空间共定位和多重免疫荧光验证了这些相互作用在肉芽肿微环境中的存在。

研究结论与意义

本研究通过构建首个整合性的人类结核性缩窄性心包炎单细胞与空间转录组图谱，系统揭示了其纤维化病变背后的复杂细胞网络和分子机制。研究的主要结论是：TB-CP的纤维化并非被动的疤痕形成，而是一个由肉芽肿内空间有序的免疫-内皮-成纤维细胞回路主动驱动的过程。具体而言，研究鉴定出几个关键细胞玩家：位于肉芽肿核心、表达MMP9/SPP1的巨噬细胞作为组织者和信号中心；发生内皮-间质转化、表达S100A4的内皮细胞；以及表达CCL19、具有侵袭性的成纤维细胞。研究进一步阐明，巨噬细胞来源的VEGF和TGF-β信号是连接免疫激活、内皮细胞重编程和成纤维细胞/肌成纤维细胞活化的核心桥梁。

这项研究的意义重大。首先，它提供了一个宝贵的人类TB-CP心包细胞与分子图谱资源，极大加深了对该疾病免疫病理机制的理解。其次，研究鉴定出的关键细胞状态（如SPP1/MMP9⁺巨噬细胞、S100A4⁺EndoMT样内皮细胞）和信号通路（VEGF、TGF-β/SMAD3）可作为潜在的、可用于检测的生物标志物，用于患者的风险分层和疾病监测。更重要的是，这些通路和细胞类型提示了新的治疗靶点。针对VEGF或TGF-β通路，或旨在调控免疫-血管-间质相互作用的宿主导向疗法，可能为预防或减轻缩窄性重塑提供新的策略。这些发现不仅适用于TB-CP，也可能为其他感染性或非感染性心包纤维化疾病的研究和治疗提供启示。