《Nature Communications》：Tuft cells shape airway remodeling by eliciting OXGR1- and SOX9-dependent stem cell programs
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为解决气道反复损伤后修复异常导致病理性重塑的机制不清问题，研究人员探究了稀有上皮细胞（纤毛细胞）如何调控粘膜下干细胞。研究发现，纤毛细胞通过产生半胱氨酰白三烯（CysLTs）及其受体OXGR1，激活SOX9+粘膜下腺祖细胞，驱动异常修复与重塑。该成果揭示了纤毛细胞-OXGR1-SOX9轴是气道重塑的关键信号环路，为干预提供了新靶点。
我们的呼吸道表面覆盖着一层精密的上皮屏障，它时刻抵御着外界吸入的病原、过敏原和污染物。当损伤发生时，驻留的干细胞会被迅速动员，执行修复任务以恢复屏障完整性。然而，并非所有修复都能完美收场。在某些慢性呼吸道疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）和慢性鼻-鼻窦炎中，气道会经历一种被称为“重塑”的病理性改变，其特征包括上皮下纤维化、腺体过度生长（增生）和上皮结构异常。这种重塑是导致气道功能进行性下降、治疗抵抗的重要原因。一个核心的科学谜题在于：在损伤修复的复杂交响曲中，是哪个“不和谐的音符”错误地指挥了干细胞，使其从正常的修复程序转向了病理性重塑？局部微环境中那些罕见的细胞类型，是否在其中扮演了关键角色？
为了解答这些问题，一项发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的研究将目光投向了一种长期以来功能神秘的呼吸道上皮细胞——纤毛细胞（Tuft cell）。研究人员利用小鼠气道损伤模型，结合精细的细胞命运图谱（fate mapping）技术和基因敲除品系，深入探索了纤毛细胞在损伤后微环境中的通讯功能。他们的研究发现，这些稀有的细胞并非沉默的旁观者，而是组织重塑的“发起人”。在损伤刺激下，纤毛细胞会产生并释放一类重要的脂质炎症介质——半胱氨酰白三烯（cysteinyl leukotrienes, CysLTs）。这些CysLTs作为信号，激活了邻近粘膜下腺（submucosal gland）干细胞上的一种特定受体——OXGR1。
这条从纤毛细胞到OXGR1的信号通路，开启了一个关键的干细胞程序。它特异性地活化了粘膜下腺中的SOX9阳性（SOX9+）祖细胞。SOX9是一种重要的转录因子，通常与干细胞/祖细胞状态和腺体发育相关。在正常修复中，这些祖细胞的动员应当是受控且适度的。然而，在纤毛细胞-OXGR1轴的持续驱动下，SOX9+祖细胞被过度和异常地动员。它们不仅参与了粘膜下腺自身的增生，还错误地迁移并贡献于气道上皮表面的修复，导致表面上皮修复异常，并伴随着胶原等细胞外基质的异常沉积，最终形成了包括粘膜下腺增生和纤维化在内的持久性重塑特征。
研究最引人注目的发现之一是，当研究人员特异性敲除干细胞区室（stem compartment）中的SOX9基因时，即便纤毛细胞-OXGR1信号通路存在，气道上皮也能够恢复正常修复，而病理性重塑被有效阻止。这直接证明了SOX9是纤毛细胞信号下游执行重塑程序的关键“开关”。不仅如此，研究团队在人类鼻窦粘膜样本中也检测到了这一信号环路成分的存在，暗示其在人类呼吸道疾病中可能具有保守且重要的功能。这些发现共同揭示了一个此前未知的、由纤毛细胞发起，经OXGR1受体传导，并最终由SOX9转录因子执行的信号环路（Tuft cell-OXGR1-SOX9 circuit）。该环路在损伤后错误地“重编程”了气道干细胞的行为，是驱动正常修复向病理性重塑转变的核心枢纽。这不仅深化了我们对慢性气道疾病发病机制的理解，更将纤毛细胞、OXGR1和SOX9定位为潜在的新型治疗干预靶点，为开发旨在促进正常修复、阻止重塑进程的治疗策略提供了全新的思路和方向。
本研究主要依托几项关键技术展开：首先是利用白喉毒素受体（DTR）系统或萘（naphthalene）诱导的小鼠气道损伤模型，模拟上皮损伤与修复过程。其次，通过多种谱系追踪与细胞命运图谱技术（如Sox9-CreERT2; Rosa26-tdTomato等），在体、动态地示踪了SOX9+细胞及其子代在损伤后的命运。再者，研究使用了条件性基因敲除小鼠（如Oxgr1-/-、Ltc4s-/-及上皮特异性Sox9敲除小鼠）进行功能丧失性研究，以验证特定基因的功能。最后，人体组织样本分析（来自慢性鼻-鼻窦炎患者的鼻窦粘膜）被用于验证小鼠研究中发现的关键通路在人类疾病中的相关性。
研究结果
纤毛细胞是损伤后产生CysLTs的主要上皮来源
研究人员通过谱系追踪和单细胞RNA测序数据分析发现，在气道损伤后，一种罕见的化学感受性上皮细胞——纤毛细胞（Tuft cell）被显著扩增。进一步的体内外实验证实，这些纤毛细胞是损伤后产生半胱氨酰白三烯（CysLTs，特别是LTC4）的主要上皮细胞来源。缺乏合成CysLTs的关键酶（LTC4合酶，由Ltc4s基因编码）的小鼠，其纤毛细胞无法产生CysLTs。
CysLTs通过受体OXGR1驱动粘膜下腺增生和纤维化
为了寻找CysLTs作用的靶细胞，研究人员检测了受体表达，发现CysLT受体之一——OXGR1（CysLT2受体）在损伤后的气道基底细胞和粘膜下腺细胞中高表达。在Oxgr1基因敲除（Oxgr1-/-）小鼠中，损伤诱导的粘膜下腺增生和胶原沉积（纤维化标志）被显著抑制，而表面上皮的修复得到改善。这表明CysLTs通过激活OXGR1受体，驱动了病理性重塑。
OXGR1信号激活SOX9+粘膜下腺祖细胞
通过谱系追踪，研究团队发现，在损伤后，表达转录因子SOX9的细胞是粘膜下腺增生的主要贡献者。这些SOX9+细胞具有祖细胞特性。在Oxgr1-/-小鼠中，SOX9+祖细胞的增殖和活化被显著削弱。体外实验进一步证明，CysLTs能够直接激活分离的SOX9+气道细胞。因此，纤毛细胞来源的CysLTs通过OXGR1，特异性地激活了SOX9+粘膜下腺祖细胞。
SOX9是病理性重塑的必要执行者
为了直接验证SOX9的功能，研究人员构建了在气道上皮细胞中条件性敲除Sox9的小鼠。在损伤模型中，这些小鼠的粘膜下腺增生和纤维化被完全阻止，同时气道上皮得到了近乎正常的修复。然而，纤毛细胞的扩增和CysLTs的产生并未受影响。这证明SOX9是OXGR1信号下游执行重塑程序的关键因子，其缺失可以将干细胞行为“拨回”正常修复轨道。
纤毛细胞-OXGR1-SOX9环路存在于人类疾病组织
最后，通过分析慢性鼻-鼻窦炎伴鼻息肉（CRSwNP）患者的鼻窦粘膜样本，研究人员在人类疾病组织中验证了这一环路。他们发现，在人类鼻窦粘膜中，纤毛细胞（表达POU2F3和LTC4S）数量增加，且与表达OXGR1和SOX9的增殖性腺体区域在空间上邻近，提示该信号通路在人类气道炎性疾病中可能同样被激活并参与重塑过程。
结论与讨论
本研究系统性地揭示了一个驱动气道病理性重塑的局部细胞信号环路。在遭受损伤后，气道上皮中稀有的纤毛细胞被激活并成为CysLTs的主要来源。这些脂质介质作为旁分泌信号，激活邻近粘膜下腺干细胞/祖细胞上的OXGR1受体。OXGR1信号的传导进一步上调并稳定了关键转录因子SOX9的表达，从而异常活化了SOX9+祖细胞。这些被错误导向的祖细胞过度增殖，一方面导致粘膜下腺自身增生，另一方面异常贡献于气道上皮的修复并促进纤维化，共同构成了持久的气道重塑表型。该研究的核心突破在于明确了SOX9在此环路中的枢纽地位：它是重塑程序的必要执行者，缺失SOX9即可解耦损伤信号与病理结局，使组织恢复正常修复。
这一发现具有多重重要意义。在机制上，它将纤毛细胞——一种常被忽视的化学感受细胞，推向了慢性气道疾病病理生理学的中心，阐明了其通过特定脂质介质（CysLTs）和受体（OXGR1）调控干细胞命运的精确分子途径。在转化医学上，该研究识别出纤毛细胞、OXGR1和SOX9作为潜在的新型治疗靶点。尤其SOX9，作为下游核心节点，可能是干预重塑过程的更有效靶标。针对此环路的抑制剂（如OXGR1拮抗剂）或SOX9通路调节剂，有望发展成为旨在阻止或逆转气道重塑、而非单纯抗炎的新一代疗法。此外，该研究在人类鼻窦炎组织中的验证，强烈提示这一机制在人类疾病中普遍存在，为理解哮喘、COPD、纤维化性肺疾病等多种伴有重塑特征的慢性气道疾病提供了新的共性框架。总之，纤毛细胞-OXGR1-SOX9环路的发现，为我们理解组织修复如何“跑偏”为病理性重塑提供了关键范式，并为开发靶向组织重塑根本机制的疗法开辟了崭新道路。
