基质-上皮细胞间通讯的系统分析揭示FGF21-FGFR3轴是角膜伤口愈合的关键驱动因素

目的：角膜上皮缺损是一个重要的临床问题，严重威胁视力。然而，其潜在机制在很大程度上仍不清楚。在此，我们使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）并构建了角膜基质细胞（CSCs）与上皮细胞（CEpCs）之间的细胞-细胞通讯网络，以阐明角膜上皮伤口修复的病理机制。方法：对正常和角膜上皮缺损小鼠的角膜组织进行scRNA-seq。进行了全面的生物信息学分析，包括无监督聚类、差异基因表达、功能富集、拟时序和RNA速率分析，以阐明CSC异质性。使用CellChat识别CEpCs和CSCs之间的信号串扰。使用共培养、FGFR3扰动、FGF21操作、功能测定和bulk RNA-seq的机制研究，以剖析CEpCs和CSCs中的FGF21-FGFR3轴。结果：scRNA-seq数据的无偏聚类揭示了八个不同的CSC亚群。细胞-细胞通讯图谱和免疫荧光验证显示，CSCs通过FGF21-FGFR3轴主动与CEpCs相互作用。与FGF21过表达CSCs共培养的CEpCs显示出更大的伤口闭合和EdU摄取。FGF21刺激ERK/AKT磷酸化，促进伤口愈合和增殖，这些效应被dabogratinib或FGFR3敲低减弱，并通过FGFR3重新表达而恢复。功能实验表明，Fgf21敲低显著延迟角膜伤口愈合，而局部施用FGF21滴眼液在体内促进角膜上皮伤口修复。Bulk RNA-seq进一步揭示了涉及细胞外基质重塑、细胞粘附、迁移相关过程和MAPK信号传导的FGF21响应转录程序。结论：我们的研究揭示了由FGF21-FGFR3轴介导的CSCs和CEpCs之间的新型相互作用。外源性FGF21促进CEpCs的伤口愈合，表明一种有前景的新型角膜上皮修复治疗策略。