急性炎症驱动角膜病理性再生

Acute Inflammation Drives Corneal Pathological Regeneration

作者信息Zhuo Han, Huizhen Guo, Bofeng Wang, Yongxu Zhu, Xin Zhao, Jialin Chen, Kunlun Mo, Jieying Tan, Jianping Ji, Hong Ouyang, Mingsen Li
PMID41910526
发布时间2026-03
DOI10.1167/iovs.67.3.58

实验完整度

包含scRNA-seq和scATAC-seq多组学分析、免疫荧光验证、体内动物模型以及多个时间点(D5、D10)的动态观察,具备多层级证据。

主要模型

LPS诱导的小鼠角膜急性炎症模型 C57BL/6小鼠 角膜缘-角膜组织 小鼠角膜上皮细胞(LSC、TAC、CEC等亚群)

重点核对

LPS基质内注射剂量(1 µg/µL) 样本采集时间点(第5天和第10天) scRNA-seq和scATAC-seq的生物学重复数(scRNA-seq:对照组和LPS D10组各4个,LPS D5组3个;scATAC-seq:每组2个) 用于免疫荧光的角膜上皮标志物(KRT12、CLU、ALDH3A1) 对照处理(PBS注射)

摘要

目的:本研究旨在表征急性炎症诱导的角膜转录组和表观遗传重塑。方法:在脂多糖或PBS基质内注射后第5天和第10天收集角膜缘-角膜组织。使用scRNA-seq和scATAC-seq,遵循Seurat和Signac流程,描绘炎症角膜的转录组和表观基因组图谱。进行免疫荧光以评估角膜上皮标志物和免疫细胞浸润的变化。结果:我们鉴定了16个细胞簇,包括十个上皮细胞亚群、角膜细胞、成纤维细胞、角膜内皮细胞、血管细胞、淋巴管细胞和免疫细胞。脂多糖诱导了五种主要免疫细胞类型的浸润:中性粒细胞、MHC-II⁻巨噬细胞、MHC-II⁺巨噬细胞、T细胞和自然杀伤细胞。我们表征了炎症反应过程中所有细胞类型的基因表达和染色质可及性动态,揭示了细胞类型特异性的基因调控元件和顺式调控染色质相互作用。Regulon活性和基序可及性分析确定了驱动不同炎症反应程序的关键转录因子。发现炎症抑制角膜缘干/祖细胞分化。CellChat分析揭示了所有细胞类型之间的一组分泌性细胞间串扰信号。结论:我们的工作提供了炎症角膜的全面、时间分辨的单细胞转录组和表观基因组图谱,定义了角膜病理性再生过程中的细胞功能异质性、顺式调控网络和细胞间通讯。这些发现为角膜病理学提供了有价值的见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
急性炎症如何改变角膜的转录组和表观遗传状态,特别是免疫微环境动力学和角膜上皮谱系(包括角膜缘干细胞)的功能?
核心机制
急性炎症抑制角膜缘干/祖细胞分化,并促进免疫细胞浸润,其中MHC-II⁻巨噬细胞呈现促炎和抗炎的双重特性,且其调控依赖于MAFB、MAF和MITF转录因子。
主要证据
基于scRNA-seq和scATAC-seq分析,鉴定出16个细胞簇及五种免疫细胞类型,并观察到炎症诱导的角膜上皮分化标志物(如KRT12、CLU和ALDH3A1)表达缺失。
研究意义
该研究提供了炎症角膜的全面单细胞转录组和表观基因组图谱,为理解角膜病理性再生机制和潜在的治疗靶点提供了基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立急性炎症模型

通过基质内注射LPS诱导小鼠角膜急性炎症,以模拟炎症损伤。

对雌性C57BL/6小鼠(6-8周龄)腹腔注射戊巴比妥钠麻醉,然后进行角膜基质内LPS(1 µg/µL)注射;PBS注射作为对照组。

2

组织收集与单细胞测序

收集炎症不同时间点的角膜组织,以进行单细胞转录组和表观基因组分析。

在LPS或PBS处理后第5天和第10天收集角膜缘-角膜组织。每份样本收集10个角膜缘-角膜组织并混合。分别进行scRNA-seq和scATAC-seq文库构建和测序。

3

单细胞转录组和表观基因组数据分析

鉴定细胞类型、差异基因、调控网络和细胞间通讯。

使用Seurat处理scRNA-seq数据,Signac处理scATAC-seq数据,进行聚类、差异表达分析、转录因子调控网络(SCENIC)、染色质可及性和基序分析,并使用CellChat推断细胞通讯。

4

验证分子变化

验证单细胞测序揭示的关键蛋白表达变化。

通过免疫荧光染色检查角膜上皮标志物(KRT12、CLU、ALDH3A1、PAX6)的表达变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
脂多糖MCEHY-D1056
抗KRT3抗体Abcamab68260
抗KRT12抗体Abcamab124975
抗ALDH3A1抗体GeneTexGTX30042
抗CLU抗体Proteintech12289-1-AP
抗PAX6抗体Sigma-AldrichAMAB91372
Hoechst 333258Thermo Fisher Scientific--
蔡司LSM 800共聚焦激光扫描显微镜ZEISS--
TUNEL染色试剂盒BeyotimeC1086
MACS死细胞去除试剂盒Miltenyi Biotec--
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110x Genomics--
10x Chromium单细胞ATAC平台10x Genomics--
Illumina Novaseq平台Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
小鼠品系(C57BL/6)、性别(雌性)、年龄(6-8周)、LPS剂量(1 µg/µL)、给药途径(基质内注射)、麻醉剂(戊巴比妥钠50 mg/kg)
阅读提示:Methods - Animal Experiments
组织收集
时间点(第5天、第10天)、每份样本的组织数量(10个)
阅读提示:Methods - Single Cell Dissociation and Sequencing
单细胞测序
scRNA-seq和scATAC-seq的生物学重复数、测序平台(Illumina Novaseq)
阅读提示:Methods - Single Cell Dissociation and Sequencing
免疫荧光验证
抗体(anti-KRT3、anti-KRT12、anti-ALDH3A1、anti-CLU、anti-PAX6)、稀释比例(均为1:200)、固定(4% PFA 10分钟)、封片(3% BSA + 0.3% Triton X-100)、成像设备(ZEISS LSM 800)
阅读提示:Methods - Immunofluorescence and TUNEL Staining