通过高分辨率空间转录组学阐明克罗恩病相关纤维狭窄中以肌成纤维细胞为主的纤维化微环境

Elucidating a Myofibroblast-dominated Fibrotic Niche in Crohn's Disease-associated Fibrostenosis Through High-resolution Spatial Transcriptomics

作者信息Da Zhang, Xinru Zou, Mengjia He, Shibo Sun, Anqi Yu, Jintao Shi, Ting Ouyang, Xiaoxia Lin, Hui Yang, Lan Bai, Kai Sun, Jiaolong Shi, Fangting Wu, Wenting Xie, Jingyan Li, Fang Xie
PMID41344440
发布时间2026
DOI10.1016/j.jcmgh.2025.101701

实验完整度

中

包含组织学、空间转录组、公共单细胞数据验证、免疫荧光和原代细胞实验等多个证据层级,但空间转录组仅基于1例纤维化标本,功能验证有限。

主要模型

克罗恩病狭窄回肠组织 非纤维化对照回肠组织 原代肠道周细胞(MCAM+CD36+)

重点核对

空间转录组标本:2例CD患者,1例纤维化狭窄,1例非纤维化对照 组织学队列:25例正常、35例非狭窄性CD、44例狭窄性CD TGF-β1刺激浓度和处理时间:10 ng/mL,24和48小时 周细胞分离和纯化:MCAM+CD36+双重磁珠分选

摘要

背景与目的:纤维狭窄是克罗恩病(CD)的主要并发症,其特征为肠道重塑和细胞外基质(ECM)过度沉积。一个显著特征是肠壁肌化,包括黏膜下肌样细胞扩张和固有肌层平滑肌细胞(SMC)增生。然而,黏膜下肌样细胞增生的细胞身份和分子机制仍知之甚少。方法:回顾性分析117例CD患者的术前肠道超声,并对25例正常、35例非狭窄性CD和44例狭窄性CD病例的回肠组织进行组织学分析。对1例非纤维化和1例伴有显著黏膜下肌样细胞扩张的纤维狭窄回肠标本应用高分辨率空间转录组学。利用公共单细胞RNA测序数据集(N = 158)、免疫荧光、原代周细胞培养和定量聚合酶链反应验证结果。结果:黏膜下肌样细胞主要被鉴定为高ECM产生的肌成纤维细胞,可能代表纤维化黏膜下扩张的主要基质细胞群。空间和伪时间分析表明它们起源于黏膜肌层和黏膜下血管SMC。此外,周细胞显著扩张并向肌成纤维细胞样表型转录重编程。成纤维细胞亚聚类显示空间异质性,FAP+成纤维细胞特异富集于纤维化区域。炎症单核细胞与基质细胞共定位,表现出强烈的预测配体-受体相互作用,提示免疫-基质串扰。结论:这项病例水平的高分辨率空间分析描绘了CD狭窄内空间组织的纤维化微环境,由不同的基质和免疫细胞群组成。我们定义了促纤维化肌成纤维细胞的身份和起源,并表征了周细胞向肌成纤维细胞的重编程,从而突出特定细胞亚型作为抗纤维化策略的主要治疗靶点。

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
克罗恩病纤维狭窄中黏膜下肌样细胞增生的细胞身份和分子机制是什么?
核心机制
黏膜下肌样细胞为高ECM产生的肌成纤维细胞,来源于黏膜肌层平滑肌细胞和黏膜下血管平滑肌细胞;周细胞向肌成纤维细胞样细胞重编程,炎症单核细胞通过配体-受体相互作用与基质细胞串扰,促进纤维化。
主要证据
高分辨率空间转录组学鉴定纤维化微环境中的肌成纤维细胞、周细胞和FAP+成纤维细胞;公共scRNA-seq数据验证周细胞亚群;原代周细胞经TGF-β1刺激后上调肌成纤维细胞标志基因。
研究意义
本研究首次在CD纤维化黏膜下提供肌成纤维细胞的原位转录证据,并识别出肌成纤维细胞和周细胞作为抗纤维化治疗的潜在靶点。

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

临床和组织学评估

评估狭窄肠段各层厚度和黏膜下肌样细胞增生与ECM沉积的关系

回顾性分析117例CD患者术前肠道超声;对25例正常、35例非狭窄性CD和44例狭窄性CD回肠组织进行H&E和Masson染色,测量黏膜下厚度并评估肌样细胞增生。

2

高分辨率空间转录组分析

绘制纤维化组织和非纤维化组织的细胞组成并定义纤维化微环境

对1例非纤维化和1例纤维化CD回肠标本进行Visium HD空间转录组分析,无监督聚类,计算ECM评分,比较三个黏膜下区域(ECM高、ECM低和对照)的细胞组成。

3

肌成纤维细胞鉴定和起源分析

确定黏膜下肌样细胞的表型身份并推断其起源

空间转录数据显示肌成纤维细胞共表达平滑肌和成纤维细胞标志物,并高表达ECM基因;伪时间轨迹分析显示从SMC到肌成纤维细胞的过渡。

4

公共scRNA-seq数据整合分析

交叉验证空间转录组发现的细胞亚群并分析周细胞变化

重新分析3个公共CD scRNA-seq数据集(TI、CO、TI-1),识别基质细胞亚群,分析周细胞丰度和转录重编程。

5

原代周细胞分离和体外验证

验证周细胞向肌成纤维细胞转化的潜力

从非纤维化CD回肠组织分离MCAM+CD36+细胞,用TGF-β1刺激24和48小时,通过qRT-PCR检测肌成纤维细胞标志基因表达。

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
Visium HD10x Genomics--
Visium CytAssist FFPE空间基因表达10x GenomicsCG000518
Visium HD空间基因表达试剂盒10x GenomicsCG000685
Illumina NovaSeq 6000Illumina--
CD31抗体ServicebioGB11063-2
CD146 (MCAM) 抗体Abcamab75769
α-SMA抗体Cell Signaling Technology19245
COL1A1抗体Cell Signaling Technology72026
STEAP4抗体Proteintech11944-1-AP
Alexa Fluor 488驴抗兔IgGAbcamab150073
Alexa Fluor 594驴抗兔IgGAbcamab150076
Olympus BX-53荧光显微镜Olympus--
杜氏改良Eagle培养基----
胎牛血清Procell164210
硫酸庆大霉素LEAGENECA0055
环丙沙星LEAGENECA0100
抗生素-抗真菌溶液ECOTOP ScientificES-8440-100ml
Hanks平衡盐溶液BiosharpBL559A
I型、II型和IV型胶原酶Sigma-Aldrich--
DNase ISigma-Aldrich--
100 μm细胞筛网Falcon--
周细胞培养基ScienCell1201
EasySep人细胞分离系统STEMCELL Technologies--
抗人CD146 (MCAM) 单克隆抗体BioLegend361006
抗人CD36单克隆抗体BioLegend336203
重组人TGF-β1NovoproteinCA59
TRIzol试剂Takara--
PrimeScript RT预混液Takara--
SYBR Green预混液Takara--
LightCycler 480系统Roche--

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
临床超声评估
患者数量、狭窄肠段定义、总肠壁厚度>3mm、超声操作者经验
阅读提示:Materials and Methods: Clinical Ultrasound Assessment
组织学分析
样本类型和数量(NL=25, CDns=35, CDs=44)、切片厚度4μm、黏膜下厚度测量方法(ImageJ)、肌样细胞增生定义(≥1/3黏膜下厚度)
阅读提示:Materials and Methods: Histological Analysis of Surgical Specimens
空间转录组分析
样本数量(1非纤维化、1纤维化)、FFPE制备、切片厚度5μm、Visium HD建库试剂盒版本、测序平台和读长
阅读提示:Materials and Methods: Spatial Transcriptomics Analysis Using Visium HD
公共scRNA-seq数据再分析
数据集名称(TI, CO, TI-1)、来源、样本数量和质量控制标准(基因数>200,线粒体UMI<10%)
阅读提示:Materials and Methods: Public scRNA-seq Dataset Acquisition and Analysis
周细胞分离和培养
组织来源(非纤维化CD回肠)、分离方法(GentleMACS、胶原酶消化)、纯化方法(CD146+CD36+ MACS)、培养基和传代次数(≤5)
阅读提示:Materials and Methods: Isolation and Culture of Primary Stromal Cells From Human Intestine; Purification of Pericytes by Magnetic-activated Cell Sorting
TGF-β1刺激实验
细胞密度(80,000/孔)、血清饥饿时间(8小时)、TGF-β1浓度(10 ng/mL)、处理时间(24和48小时)
阅读提示:Materials and Methods: Transforming Growth Factor-beta 1 Stimulation Assay