芯空一号快讯 - 单细胞与空间转录组联合揭示克罗恩病狭窄型肠道纤维化的细胞网络

近日，哈佛医学院Ramnik J. Xavier团队在《Nature Genetics》发表了题为《Single-cell and spatial transcriptomics of stricturing Crohn’s disease highlights a fibrosis-associated network》的重磅研究，首次系统整合单细胞与空间转录组学，绘制出狭窄型克罗恩病（stricturing Crohn’s disease）小肠组织的高分辨率多细胞图谱。

该研究以“高通量+高精度”的技术组合为基础，搭建了从“细胞成分--基因表达 --空间结构--互作网络”的四层递进框架，首次系统解构了狭窄型克罗恩病组织中纤维化病灶的细胞图谱与机制基础，为后续机制研究与靶点筛选提供了可高度迁移的分析范式。

01 研究背景

克罗恩病是一种慢性、易复发的炎症性肠病，其进展过程中常伴随肠道纤维化，导致肠腔狭窄，严重时需手术切除。尽管当前已有抗TNF和抗IL-23等生物制剂用于治疗CD炎症，但对纤维化的疗效极其有限，且尚缺乏有效的动物模型和治疗策略。因此，亟需在人类样本中系统解析纤维化的细胞机制。

02 研究设计

研究团队共纳入来自21位CD患者及10位非IBD对照的61份肠道组织样本，涵盖狭窄区、非狭窄区、炎症区及健康组织，取材部位包括回肠与结肠。所有样本依据宏观病理特征与内镜评分被分为四类：非IBD（健康对照）、非狭窄CD（无炎症）、炎症型CD（无纤维化）、狭窄型CD（伴纤维化）。

样本采集

在样本处理上，分别对上皮层与非上皮层组织进行物理分离与酶解消化，在10x Genomics平台进行单细胞RNA测序（scRNA-seq），共获取约34.7万个单细胞转录组数据。同时，研究还使用10x Visium平台对20份切除组织（来自10位患者）开展空间转录组测序。

03 数据分析思路

研究团队在单细胞层面以Bray-Curtis距离与主坐标分析（PCoA）评估细胞组成变化，结合配对样本开展成分偏移与差异表达分析，并进一步进行功能富集与通路注释。在空间层面，作者构建了空间细胞分布图谱，整合scRNA-seq结果进行细胞类型解卷积，结合无监督聚类识别组织结构特征，最后通过空间共现频率、Moran's I指标、配体–受体推断与Lasso建模等手段系统绘制了细胞互作网络。

04 主要结论

1. 炎性成纤维细胞重塑纤维化程序，并构建免疫激活微环境

通过单细胞转录组鉴定出68种细胞类型，发现在狭窄型克罗恩病组织中，炎性成纤维细胞（Inflammatory fibroblasts）显著扩增，并表达多种炎症和组织重塑相关分子。进一步构建IAF score量化该亚群的活性后发现，得分升高样本伴随浆细胞、GZMB-hi pDC与TFH细胞的富集，表明其与适应性免疫反应密切相关，可能推动了病灶部位的持续炎症与组织重塑。

狭窄型克罗恩病组织中炎性成纤维细胞显著扩增

IAF评分和结构相关表达

2. 空间转录组揭示关键细胞亚群的聚集模式与区域特异性定位

研究利用10位患者的20份肠道切除组织，通过Visium空间转录组构建狭窄型CD肠道图谱，识别出15个空间特征簇，涵盖上皮、固有层、肌层、肠神经系统等区域。空间聚类分析发现，炎性成纤维细胞多集中于溃疡边缘或上皮受损区域，而富含胶原的组织成纤维细胞（collagen-hi fibroblasts）则聚集于肌层与浆膜部位，表达纤维化相关基因，提示其在组织重建与应力感应中发挥作用。此外，研究还捕捉到IgG+浆细胞在组织内呈高聚集性分布，与IgA+浆细胞相对分散的分布形成对比，进一步验证其在狭窄区域的富集状态。空间层面也首次解析了肠神经系统的异质性，识别出9个神经元簇，覆盖运动神经、感觉神经及分泌-血管扩张型亚群，补充了单细胞分析中无法识别的空间结构信息。

利用人小肠空间图谱研究CD的狭窄形成

3. 整合空间共定位与配体-受体预测，重建纤维化相关多细胞互作网络

研究通过空间共现频率分析，识别出狭窄组织中特异富集的多细胞交互模块，包括炎性成纤维细胞-FPR1-hi单核细胞-IgG+浆细胞三元病灶结构，以及形成生发中心样结构的TFH-CCR7-hi T细胞-B细胞互作轴。配体-受体分析揭示IL1B-IL1R1、CCL2-CCR1等信号轴可能驱动炎性成纤维细胞的极化与免疫细胞的定向募集，表明局部纤维化并非孤立事件，而是由高度耦合的免疫-基质-皮三方网络协同驱动。