Cell热点 I SARS-CoV-2触发促纤维化巨噬细胞反应及肺纤维化COVID-19 ARDS的诱导机理
近日来自德国柏林柏林夏里特医学院等合作单位的研究人员在Cell杂志发表题为”SARS-CoV-2 infection triggers profibrotic macrophage responses and lung fibrosis”的研究论文，揭示了促纤维化巨噬细胞在ARDS患者肺纤维化中的作用机制和功能。
研究人员使用单细胞基因组学、免疫组织学和电子显微镜分析了两组COVID-19急性呼吸窘迫综合征患者的肺部免疫反应和肺部病理学差异，描述了在 COVID-19 ARDS 期间获得促纤维化转录表型的CD163单核细胞生成巨噬细胞的积累过程。
通过将mRNA水平及基于Phenoptics Opal多重蛋白检测分析数据整合，揭示了 COVID-19 相关巨噬细胞与特发性肺纤维化中鉴定的促纤维化巨噬细胞群之间的显著相似性，COVID-19 造成的ARDS 与肺纤维化的临床、影像学、组织病理学和超微结构特征显著相关。
将人的单核细胞感染 SARS-CoV-2病毒，而不是甲型流感病毒或病毒 RNA 类似物，足以在体外诱导产生类似的促纤维化表型。研究结果表明 SARS-CoV-2 触发促纤维化巨噬细胞的反应和纤维增殖性 ARDS有着显著相关性，这对于COVID-19的新型治疗方案开发具有重要意义。
为了进一步研究肺巨噬细胞群与纤维化反应的关联，研究人员分析了来自致命 COVID-19 患者的尸检肺组织样本。使用单细胞测序结合多色荧光分析，基于典型标记基因表达鉴定了 15 个不同的肺细胞群。作者发现巨噬细胞表型与周细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞中描述的相似。成纤维细胞和肌成纤维细胞在 COVID-19 中显示出 ECM 蛋白编码基因的强烈上调，表明强烈的纤维化反应。进一步作者使用配体-受体相互作用工具 CellChat推断巨噬细胞和间充质细胞之间的通信网络，分析揭示 CD163/LGMN-Mφ 与低程度的 Mono/Mφ 和肌成纤维细胞、成纤维细胞和周细胞强烈的相互作用。
通过对尸检肺样本中使用Phenoptics Opal多重荧光染色评估了 SM22+ 肌成纤维细胞和 CD68+ 巨噬细胞的组织分布。与非 COVID-19 对照相比肌纤维细胞扩大，巨噬细胞经常在 SM22+ 附近表达。CD163+ 巨噬细胞和胶原蛋白沉积物显著的共定位，然而胶原蛋白区域和巨噬细胞的扩张增加了共定位的发生。发现肺巨噬细胞与胶原蛋白和肌成纤维细胞基因座共定位，并与肌成纤维细胞、成纤维细胞和周细胞进行强信号相互作用。CD163/LGMN-Mφ 与间充质细胞之间的相互作用将导致 COVID-19 ARDS 中的高度促纤维化的微环境，从而导致患者死亡。
作者系统描绘了SARS-CoV-2可能诱导的信号通路。SARS-CoV-2 诱导RIG-I-like受体、ds-RNA传感器以及清除率受体和相关膜蛋白表达上调，与炎症相关的转录因子(NFkB, IRF7)和巨噬细胞分化相关的转录因子(MAFB, CEBPB)上调，MAFB在CD163/LGMN-Mφ中高表达，已被确定为肺纤维化中巨噬细胞的特异性标志物。
在SARS-CoV-2刺激的单核细胞中预测了CEBPB的激活，并已证明它可以诱导原纤维化巨噬细胞分化。此外，作者观察到转录活性较长的CEBPB异构体(LAP*/LAP)表达上调，较短抑制异构体(LIP)表达下调。LAP*/LAP亚型的翻译是在PKR激活后产生的，与SARS-CoV-2的诱导一致,并进一步发现CEBPB和IRF7的特定位点磷酸化增加，表明转录活性增强。
文中研究人员对严重COVID-19 ARDS中严重的纤维增生性组织反应进行了系统描绘，结果表明与单核细胞衍生的巨噬细胞的积累有关，这些巨噬细胞与IPF中的促纤维化巨噬细胞具有显著的相似性。在ARDS和慢性器官纤维化中，分析病毒识别与促纤维化巨噬细胞反应的分子机制非常重要，这些可能为疾病的治疗干预提供新的靶点。
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参考信息
1. Wendisch, D., Dietrich, O., Mari, T., von Stillfried, S.etc. SARS-CoV-2 infection triggers profibrotic macrophage responses and lung fibrosis, Cell (2021), doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.033.
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