空间成纤维细胞微环境决定克罗恩病瘘管

Spatial fibroblast niches define Crohn's fistulae

作者信息Colleen McGregor, Xiao Qin, Marta Jagielowicz, Tarun Gupta, Zinan Yin, Verena Lentsch, David Fawkner-Corbett, Vy Wien Lai, Paula Gomez Castro, Esther Bridges, Chloe Hyun-Jung Lee, Huei-Wen Chuang, Lei Deng, Anna Aulicino, Renuka Teague, Sorayya Moradi, Jun Sung Park, Jeongmin Woo, Kexin Xu, Ruchi Tandon, Nicole Cianci, Jan Bornschein, Ling-Pei Ho, Paulina Siejka-Zielinska, Zoe Christoforidou, Sarah Hill, Johannes Lehmann, Rhea Kujawa, Paola Vargas Gutierrez, Carol Cheng, Maria Greco, Katherine Baker, Mark Bignell, Bruce George, Eve Fryer, Michael Vieth, Agne Antanaviciute, Alison Simmons
PMID41224999
期刊Nature
发布时间2026-01
DOI10.1038/s41586-025-09744-y

实验完整度

包含scRNA-seq、Visium空间转录组、Xenium亚细胞空间转录组、多重免疫荧光、胶原成像、体外过表达实验及qPCR验证,涵盖多证据层级。

主要模型

肠道瘘管组织 克罗恩病溃疡组织 原代结肠成纤维细胞 HEK293细胞

重点核对

样本类型:来自92例个体的68例瘘管及对照组织 空间转录组平台:Visium和Xenium 单细胞RNA测序:129,204个细胞 体外过表达:TWIST1和OSR2在初级肠成纤维细胞中 验证队列:qPCR检测84例样本中TWIST1表达

摘要

克罗恩病常表现为瘘管,即连接肠道与皮肤或其他器官的异常通道。尽管瘘管对发病率有深远影响,但其形成的分子基础仍不清楚,主要原因是难以捕获完整的瘘管组织及其固有的异质性1–3。在此,我们构建了一个涵盖不同解剖位置、具有亚细胞分辨率的68例肠道瘘管空间图谱。我们描述了瘘管相关的上皮细胞、免疫细胞和基质细胞状态,揭示了与隧道状解剖结构建立相关的生长因子和形态发生素的异常分区。我们鉴定了瘘管相关基质(FAS)成纤维细胞,它们呈同心层状排列:在富含中性粒细胞和巨噬细胞的肉芽组织下方有一层增殖性的、紧邻管腔的区域,一个活跃的病变核心区(FAS细胞),以及一个静止的、促纤维化的外层。我们检查了瘘管中细胞外基质的结构,并证明FAS群体与不同的胶原结构相关,表现出从增殖、迁移和细胞外基质重塑到致密胶原沉积和纤维化等特性。我们定义了支持瘘管上皮化的微环境,并在非穿透性克罗恩病的溃疡底部检测到FAS样群体。我们的研究表明,共同的分子通路和细胞微环境支撑着不同肠道位置的瘘管,揭示了瘘管形成和持续存在的细胞主角。这一资源将为开发模型系统和干预措施提供信息,以减轻克罗恩病中异常的成纤维细胞活性,同时保留其再生特性。

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
克罗恩病瘘管形成的分子和细胞机制是什么?
核心机制
瘘管相关成纤维细胞(FAS)通过表达TWIST1、OSR2等发育转录因子,调节基质重塑和纤维化相关基因,并在空间上形成分层结构,与免疫细胞和上皮细胞相互作用,共同驱动瘘管的形成和持续。
主要证据
空间转录组和单细胞RNA测序显示FAS细胞在瘘管中呈同心层状分布,且TWIST1和OSR2过表达在体外诱导不同的促纤维化和基质降解程序;胶原成像显示FAS亚型与不同的ECM结构相关。
研究意义
本研究为理解瘘管发病机制提供了资源,有助于开发针对异常成纤维细胞活性的干预措施,同时保留其再生特性。

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

构建空间图谱

绘制不同解剖位置的肠道瘘管空间转录组图谱。

对68例瘘管样本进行组织学检查和空间转录组分析(包括Visium和Xenium平台),结合scRNA-seq数据,鉴定细胞类型和组织区域。

2

鉴定FAS细胞亚型

确定瘘管相关成纤维细胞(FAS)的亚型和基因表达特征。

通过单细胞转录组聚类分析鉴定FAS细胞,结合空间转录组数据展示其组织分布和基因表达。

3

体外验证TF功能

验证TWIST1和OSR2对成纤维细胞功能的调控作用。

在初级结肠成纤维细胞中过表达TWIST1或OSR2,进行RNA-seq、免疫荧光和形态学分析。

4

分析ECM结构

研究瘘管中不同FAS亚型与胶原结构的关系。

采用天狼星红染色和偏振光成像分析胶原结构,结合空间转录组数据,将FAS亚型与不同ECM区域关联。

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
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Sigma-Aldrich--
青霉素/链霉素Sigma-Aldrich--
CryoStor CS10Sigma-Aldrich--
缓冲甲醛VWR International--
TrypLE ExpressGibco--
DNaseSigma--
TruStain FcXBioLegend--
固有层解离试剂盒Miltenyi Biotec130-097-410
BD LSR IIBD Biosciences--
BD FACSAria IIIBD Biosciences--
BD FACSAria FusionBD Biosciences--
LeviCell-1.0LevitasBio--
10X Chromium10X Genomics--
RNeasy FFPE试剂盒Qiagen73504
RNA Pico检测Agilent--
Visium FFPE载玻片10X Genomics--
Xenium载玻片10X Genomics--
曙红YSigma--
EnVision FLEXDako--
DAB底物Dako--
天狼星红--HB6179
反转录预混液Standard Bio1006300
Fluidigm Flex Six IFCFluidigm1006308
HEPESGibco15690-056
EDTAThermo Fisher15575-038
二硫苏糖醇Thermo FisherP2325
ITSGibco41400-045
TWIST1慢病毒载体Addgene1428908
OSR2慢病毒载体Addgene144039
psPAX2Addgene12260
pMD2.GAddgene12259
Lipofectamine 3000Thermo FisherL3000015
Opti-MEMGibco31985070
嘌呤霉素Thermo Fisher15490717
8孔µ-玻片ibidi80826
Triton X-100SigmaT8787
牛血清白蛋白Cell Signaling Technology9998
抗Collagen VII抗体Abcamab198899
抗α-SMA抗体DakoM0851
DAPIThermo FisherD1306
Alexa Fluor 647 鬼笔环肽Thermo FisherA22287
Zeiss LSM980共聚焦显微镜Zeiss--
RNeasy Plus Micro试剂盒QIAGEN73034
High-Capacity cDNA反转录试剂盒Thermo Fisher4374966
Gemini自动染色机Epredia/Shandon Diagnostics--
NxGen抗原修复仪Biocare Medical--
Cell DIVE系统GE Research--
DAPIThermo Fisher ScientificD357
驴血清Bio-RadC06SB
甘油Merck Life ScienceG5516
碳酸氢钠Merck Life ScienceS6297
过氧化氢Merck Life Science216763
Mix-n-Stain抗体CF488A/555/647染料标记试剂盒Biotium92233,
Alexa Fluor 488/555/647抗体标记试剂盒Thermo Fisher ScientificA88062,
oYo-Link硫醇抗体试剂AlphaTheraAT3001
CF 488A马来酰亚胺Biotium--
CF 555马来酰亚胺Biotium--
CF 647马来酰亚胺Biotium--

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
空间转录组
样本类型(瘘管类型、位置、上皮化状态)、RNA质量(DV200>50%)、切片厚度(5µm)、Visium和Xenium平台参数
阅读提示:阅读Methods中的Spatial transcriptomics和Visium FFPE protocol、Xenium FFPE in situ protocol部分
单细胞RNA测序
组织消化方案(上皮和固有层)、细胞分选(CD45+和CD45−EPCAM−)、CITE-seq和hashtag抗体浓度、10X Chromium平台及跳码试剂盒使用
阅读提示:阅读Methods中的Cell isolation, staining and sorting、Droplet-based scRNA-seq部分
体外过表达实验
原代结肠成纤维细胞来源、TWIST1和OSR2慢病毒载体、转染条件(DNA量、脂质体量)、嘌呤霉素选择浓度(1µg/ml)、培养时间(7天)
阅读提示:阅读Methods中的Primary colonic fibroblast derivation and culture、Lentivirus production、Lentiviral transduction部分
免疫荧光
抗体浓度(1:100)、细胞密度、固定和通透条件、图像采集和分析方法
阅读提示:阅读Methods中的Immunofluorescence staining and quantification部分
胶原成像
切片厚度(4µm)、天狼星红染色条件、偏振光成像参数、图像分析聚类方法
阅读提示:阅读Methods中的Collagen fibre staining and imaging和Picrosirius red image analysis部分