IF50.5｜空间成纤维细胞微环境定义克罗恩病瘘管

FAS成纤维细胞分层环绕瘘管，驱动侵袭、纤维化与上皮化，是瘘管形成和持续的核心细胞。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

克罗恩病（CD）常并发瘘管，即肠道与皮肤或其他器官之间的异常通道，严重影响患者生活质量。约30%的炎症性肠病患者会出现瘘管，其解剖位置、形态、症状严重程度及治疗反应高度异质。现有治疗主要靶向炎症，但仅对部分患者有效；手术闭合受限于瘘管复杂分支或特殊位置，严重难治性肛周瘘管患者中31–49%最终需行造口术，且三分之一患者症状持续，最终需直肠切除。因此，亟需明确驱动瘘管形成的分子通路，以开发预防瘘管出现或促进其修复的药物。

科学问题

卡在哪里： 由于难以完整捕获瘘管组织及其固有异质性，瘘管形成的分子基础仍不清楚。既往单细胞研究多基于直肠切除标本，缺乏空间背景，无法解析细胞在完整形态中的定位与相互作用，导致对瘘管生物学缺乏整体理解。

本文要回答： 构建高分辨率空间图谱，系统解析瘘管相关上皮、免疫和基质细胞状态，揭示驱动瘘管形成和持续的细胞与分子机制。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、空间转录组（Visium/Xenium）、多重免疫荧光、定量胶原成像、慢病毒过表达。

作者收集了92例患者的68个瘘管及对照组织，涵盖不同解剖位置和上皮化状态。首先通过scRNA-seq获得129,204个高质量细胞，建立单细胞图谱；随后利用Visium和Xenium空间转录组技术，在亚细胞分辨率下对93,075个spots和7,268,690个细胞进行空间定位。结合病理学家指导的感兴趣区域分析、多重免疫荧光和天狼星红胶原成像，系统描绘了瘘管微环境的空间架构。此外，通过慢病毒过表达TWIST1和OSR2，在体外验证关键转录因子的功能。

图 1　Fig. 1。图1展示实验设计和队列概览。a为空间和单细胞分析流程示意图；b为scRNA-seq和ST队列样本分布，涵盖瘘管、炎症、狭窄等类型；c为代表性非上皮化瘘管Xenium空间图谱，显示FAS细胞分层：管腔侧FAS-LAZ/CC、中间FAS-ALC、深层FAS-FOZ；d-f显示FAS亚群随距管腔距离的基因表达梯度，如WNT5A、IL11在近腔侧高表达，而纤维化基因在深层富集。

核心亮点

亮点 1｜FAS成纤维细胞分层环绕瘘管

scRNA-seq鉴定出一群瘘管相关基质（FAS）成纤维细胞，高表达纤维化、组织重塑及细胞因子/趋化因子基因。空间分析显示FAS细胞在瘘管周围呈同心层状分布：管腔侧为增殖性FAS-LAZ和FAS-CC细胞，表达WNT5A、DLL1和IL11；其下为FAS-ALC活跃病变核心；深层为促纤维化的FAS-FOZ。随着距管腔距离增加，免疫信号和重塑通路逐渐减弱。FAS-LOC细胞散布于病变中，与T/B细胞浸润相关，提示免疫微环境失调。

图 2　Fig. 2。图2为TWIST1和OSR2慢病毒过表达实验。a显示过表达系统示意图及RNA-seq验证；b为TWIST1过表达与对照的火山图，标注ECM、WNT通路等差异基因；c展示TWIST1和OSR2诱导的通路富集差异；d-e显示OSR2过表达导致成纤维细胞形态改变、phalloidin和α-SMA染色减弱；f表明OSR2未显著降低COL1A1、COL3A1等成纤维细胞标志物。

亮点 2｜发育转录因子驱动FAS细胞功能

FAS细胞上调TWIST1、TWIST2、PRRX1、PRRX2和OSR2等发育相关转录因子。在体外原代肠道成纤维细胞中过表达TWIST1诱导ECM组织、MMP活性、纤维状胶原和WNT信号通路，并下调整合素等黏附分子；过表达OSR2则激活发育模式、平面细胞极性（PCP）及WNT/TGFβ信号，并下调细胞骨架和极性调节因子，导致细胞形态改变但保留成纤维细胞标志。两者共享约40%的差异表达基因，提示协同调控瘘管侵袭和重塑。

图 3　Fig. 3。图3比较早期瘘管（深裂隙溃疡）与CD溃疡基底。a为早期瘘管Xenium空间图谱，显示细胞谱系分布；b-c展示FAS基因标志物和FAS亚群在溃疡基底的空间定位；d为巨噬细胞亚型分布；e为溃疡与瘘管FAS细胞的差异表达基因热图，显示瘘管FAS上调ECM和发育转录因子；f为微环境组成差异，瘘管FAS微环境富集SPP1+巨噬细胞和增殖内皮细胞。

亮点 3｜溃疡基底FAS样细胞向侵袭性转变

在非穿透性CD溃疡基底也检测到FAS样细胞，但它们保留黏膜基因表达（ADAMDEC1）和干扰素应答，而瘘管中的FAS细胞上调ECM重塑酶（MMP9、FAP、ADAMTS14）和发育转录因子（PRRX1、RUNX2、HOXB7），并激活TGFβ信号和胶原加工。此外，溃疡基底FAS样细胞微环境富含T细胞、浆细胞和树突状细胞，而瘘管FAS微环境则富集SPP1+和LYVE1+巨噬细胞及增殖内皮细胞，表明从修复向侵袭的功能转变。

图 4　Fig. 4。图4展示部分上皮化瘘管的上皮化前沿。a为两个代表性Xenium切片，突出上皮细胞亚型，虚线标出上皮化与非上皮化过渡区；b显示过渡区下方FAS细胞上调WNT5A、NRG1、F3等基因；c-d为上皮化前沿的距离梯度分析，显示NRG1在最后一个隐窝处最强，而WNT5A广泛诱导；e-f展示上皮细胞状态与邻近FAS表型的共变关系。

亮点 4｜FAS细胞支持瘘管上皮化

在部分上皮化的瘘管中，上皮化前沿下方的FAS细胞上调WNT5A、WNT5B、NRG1和F3，类似支持隐窝微环境的telocyte样成纤维细胞。NRG1在上皮化最前端强烈诱导，并可能通过ERBB受体向上皮传递信号。然而，部分瘘管上皮缺乏FZD5受体，且BMP梯度丢失、分化标志物减少、增殖区扩大，提示再生微环境失调。FAS细胞在完全上皮化区域变得稀疏，仅延伸5–10个隐窝，表明一旦上皮化建立，该微环境即解体。

图 5　Fig. 5。图5为天狼星红胶原成像与空间转录组整合。a为健康回肠、非上皮化和上皮化瘘管的胶原染色及图像聚类，箭头指示瘘管；b为分形维数和各向异性度量；c为差异丰度图，显示瘘管中高密度胶原簇富集；d-e将FAS亚群定位与胶原密度关联，FAS-LAZ/ALC位于低密度区，FAS-FOZ位于高密度区，MMP3表达在边界处最高。

亮点 5｜FAS亚型差异调控ECM结构

天狼星红染色结合图像分析显示，非上皮化瘘管管腔边缘为低密度、不连续胶原（cluster 1），而深层为高密度、平行排列的纤维化胶原。FAS-LAZ和FAS-ALC定位于低密度重塑区，FAS-FOZ则富集于致密纤维化区。MMP3表达精确对应高低纤维化边界，表明FAS细胞在瘘管边缘进行靶向ECM编辑。健康黏膜下层含短而卷曲的弹性胶原束，而瘘管中被刚性高密度胶原取代，提示ECM重塑促进瘘管稳定和持续。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： scRNA-seq、空间转录组（Visium/Xenium）、多重免疫荧光、定量胶原成像、慢病毒过表达
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 研究炎症性肠病、纤维化或空间转录组的生信和实验人员。

带走一句

做空间转录组时，别只聚类细胞类型，要结合距离梯度和微环境共定位，才能揭示像FAS这样功能分层的细胞状态。