单细胞空间--人类成年人口腔内成纤维细胞驱动免疫调节的综合单细胞与空间蛋白质转录组学图谱

作者，Evil Genius

人生总是有各种坑，而坑基本都是别人带来的，大家很多时候并不想走极端路线，协商一下解决了，日后还可以合作，一旦突破底线，对于一个有家庭要养，有房贷要还的人，真的无所畏惧，所以更多希望任何事情协商妥善解决，但是协商不成，也要有撕破脸的勇气。

从25年空转培训结束到今日，所有发表的HD文章我都一一看了，并且搜集了起来。

华大Stereo-seq的文章也看了不少，基本都是国人在发，看了这么多文章的目的，其实就是想汇总出来一套完整的针对HD/Stereo的分析逻辑和方法，以及针对具体情况该采用如何的分析策略，以便于开展分析项目,因为SY的关系，有很多时间学习学习，针对分子对接/分子动力学，希望可以精通一下，翻了翻国内的教程，大多流于表面，没有那种逻辑完整、深入讲解的教程，没办法，只能看英文教程，不得不说，看五分钟就想放弃。

之前有同事拉我去读博，可是实际情况不允许了，有时候我也在想，如果当初研究生阶段就是生物信息专业，而不是食品科学与工程，读博估计不会犹豫一秒。

由此可见，有的时候真的选择大于努力，但是农村出来的我们，有几个知道如何选择的？就像现在工作一样，选择回太原，我又怎么想得到太原公司是个坑呢？我呢，情商几乎没有，之前喜欢的女孩子无一例外都把我拒绝了，回了太原相亲认识的一个同龄人结了婚，从现在的处境来看，拒绝我的人，不得不说，你们是对的。

现在就希望家人不生病，有个健康的身体。其实自己也越来越感觉到了，像我这样的人做科研是没有多少出路的，估计还是跟周运来一样，转向市场或者产品。

今天我们分享文献

知识积累

口腔既是一个屏障，也是一个哨兵，它作为一个动态且免疫学上丰富的界面，身体在此平衡持续的环境暴露与强大的内部防御机制。作为“身体的窗户”，口腔包含多种组织类型，包括咀嚼黏膜、衬里黏膜和特殊口腔黏膜、大唾液腺和小唾液腺以及牙齿。尽管不同区域在形态上存在差异，但由角质形成细胞支持的分层鳞状上皮，以及由成纤维细胞、神经血管单元、肌肉和多种免疫细胞填充的底层基质构成了其核心结构。紧密相邻的唾液腺（包括腮腺、下颌下腺、舌下腺和数百个小唾液腺）与特定的黏膜生态位接触。尽管距离很近，每个口腔和唾液腺生态位在结构和功能上都是独特的，某些疾病会优先影响特定部位。

成纤维细胞不仅仅是结构支持细胞，更是主动的免疫调节中枢。研究在健康口腔组织中识别出8种功能统一的成纤维细胞亚型，其中应激反应型成纤维细胞在黏膜和腺体中扮演关键角色，并进一步分为两种亚型（黏膜II型、腺体I型）。

疾病意义：在慢性牙周炎等疾病状态下，成纤维细胞会重构成炎症与修复交织的生态位，并在三级淋巴结构周围出现特定免疫相关成纤维细胞（MHC-I+、MHC-II+、PD-L1+）的扩增。

结果1、人类口腔组织的整合单细胞转录组图谱

数据整合：整合了11个公共数据集和3个新增数据集，共包含来自13个宏观生态位（包括口腔黏膜、唾液腺、牙髓）、70个样本的246,102个细胞。

分析方法：采用层级注释（从大类到8种一级细胞类型，再到24种二级细胞类型）和Harmony批次校正，实现了跨组织生态位的系统性比较。

主要发现：

不同组织（黏膜、腺体、牙髓）具有独特的细胞类型组成。例如，牙髓富集神经嵴来源细胞，黏膜富集血管细胞。

成纤维细胞在所有样本中普遍存在，但其比例因生态位而异。

鉴定出多种生态位特异性细胞亚型，如腺体中的肌上皮细胞、导管细胞，黏膜中的角质形成细胞、梅克尔细胞等。

结果2、口腔组织中的结构-免疫通讯轴线

结构细胞通过配体-受体信号主动参与局部免疫调节，并充当免疫调节信号的关键发起者。其中，成纤维细胞和血管内皮细胞是相互作用潜能最高的枢纽，而免疫细胞主要作为信号的接收方。

主要信号轴：

纤维血管信号轴在不同组织（黏膜 vs. 腺体）中存在差异，是跨生态位的重要通讯轴。

信号可分为两大类：细胞外基质相关信号（如DCN, LUM, COL1A）和免疫调节信号（如趋化因子）。

组织特异性通讯：

唾液腺中：成纤维细胞主要通过FGF信号与上皮细胞通讯，支持腺体结构和功能。

口腔黏膜中：成纤维细胞通过多种趋化因子通路（如CCL2-CCR2, CCL19-CCR7）与角质形成细胞和髓系免疫细胞通讯，参与免疫细胞招募与归巢。

关键信号通路：成纤维细胞富集IGFBP和CXC趋化因子通路；血管内皮细胞富集CC趋化因子通路；还预测了成纤维细胞参与MHC-I和CD99介导的免疫调节通路。

结果3、以纤维血管为中心的区域协调不同生态位中不同的免疫状态

黏膜：先天免疫细胞（如巨噬细胞）比例更高，免疫细胞与结构细胞在空间上耦合更紧密，形成“结构免疫”屏障。

腺体：适应性免疫细胞（如CD8+ T细胞）更富集，免疫-结构耦合较弱。

组织细胞邻域(TCN):

共鉴定出8种TCN，黏膜拥有全部8种，腺体只有5种。

纤维血管TCN（富集成纤维细胞和血管内皮细胞）是核心枢纽，其中黏膜的纤维血管枢纽在空间上更分散，提示可能存在持续的“副炎症”状态。

成纤维细胞上MHC-I和MHC-II分子的表达在黏膜枢纽区域更高，暗示其可能直接参与抗原呈递。

研究定义了TCN枢纽（连接≥3个邻域的区域），发现黏膜和腺体拥有不同的枢纽类型：黏膜以混合免疫枢纽、纤维-淋巴枢纽、血管-免疫枢纽为主；腺体则以不同细胞组成的枢纽为中心。

结果4、scRNA-seq解析口腔组织中成纤维细胞的多样性和生态位特异性程序

对成纤维细胞进行亚群分析。

八种成纤维细胞亚型：研究鉴定出8种转录上截然不同的成纤维细胞亚型，包括通用型、炎症型、血管周围型、肌成纤维细胞、上皮周围型、神经周围型、应激反应型和APC样成纤维细胞。

大家还知道亚群定义的策略么？当然了，marker我们也要搜集一下。

核心发现：应激反应型成纤维细胞 是连接结构与免疫的关键群体（占25%），并根据所在生态位分为两种功能程序：

黏膜型（免疫监视）：高表达基质重塑基因、免疫调节趋化因子和上皮-间质调节因子，主要负责屏障维持、免疫监视和动态炎症信号。

腺体型（代谢修复）：高表达IGF结合、酶抑制等通路，主要负责在应激下支持代谢和修复，保护分泌功能。

其他亚型的专业功能：

上皮周围型：通过趋化因子招募免疫细胞，调节上皮增殖。

血管周围型：可能参与脂质转运和MHC-II介导的抗原呈递。

肌成纤维细胞：负责收缩和基质重塑。

通用型：维持基本组织结构。

这些应激反应程序并非全新的细胞类型，而是保守的成纤维细胞在不同生态位压力下的状态重组与极化，体现了其高度的可塑性和环境依赖性。

结果5、成纤维细胞亚型及其生态位依赖性极化的空间验证

利用空间蛋白质组学数据精准定位成纤维细胞，克服了单纯空间转录组学识别不准的缺陷，最终在空间数据中稳健识别了约122,000个成纤维细胞。

亚型空间分布验证：

黏膜：上皮周围区域富集上皮周围型、炎症型、应激反应型和肌成纤维细胞，形成向上皮边界的空间梯度。

腺体：以通用型和免疫样表型为主，空间分布更分散。

应激反应型成纤维细胞分为两型：

I型（黏膜型）：定位于黏膜固有层上皮周围（乳头层）。功能偏向炎症监视、上皮-间质可塑性、基质重塑。标志基因：S100A8/9, CCL19, IL1RN, CXCL1, GREM1, CXCR2, ICAM1。

II型（腺体型）：定位于黏膜固有层深层（网状层） 及腺体上皮周围。功能偏向修复、免疫调节、脂质代谢。标志基因：CST3, ABCA8, COL11A1, APOD, CD24, IGKC, MMP7, VEGFD, SAA1, SLP1。

研究证实了成纤维细胞亚型在组织中的空间分布与其分子功能密切相关，I型和II型应激反应成纤维细胞分别在屏障免疫监视和组织修复/稳态维持中扮演不同的角色。

结果6、空间蛋白质转录组学预测成纤维细胞驱动的相互作用枢纽

在空间转录组学和蛋白质转录组学数据中鉴定出重复出现的“多细胞相互作用模块(MCIM)”，证实成纤维细胞是组织中的核心信号枢纽，并绘制了不同成纤维细胞亚型与特定免疫细胞群体的空间通讯图谱。

两大主要信号主题：

ECM-整合素信号：胶原蛋白、层粘连蛋白、纤连蛋白等与整合素结合，介导基质-结构锚定。

炎症趋化因子/细胞因子轴：包括CXCL12-CXCR4、CXCL8-CD79A、CCL4-CCR1等。

最保守的通讯轴：CXCL12-CXCR4：在不同技术平台和组织类型中均出现，是连接成纤维细胞富集区与免疫/血管引导的核心轴线。

成纤维细胞亚型与特定免疫细胞的通讯偏好：

炎症型 & 血管周围型：优先向单核细胞/巨噬细胞和NK细胞发送信号。

血管周围型（针对T细胞）：是与T细胞关联度最高的配体-受体轴中心。

上皮周围型 & I/II型应激反应型：偏向先天免疫轴，优先与树突状细胞和中性粒细胞相互作用。

肌成纤维细胞：富集ECM配体信号。

APC样成纤维细胞：富集层粘连蛋白、IL1RN和CXCL12信号。

组织差异：黏膜拥有更丰富多样的MCIM，而腺体MCIM库相对较窄。黏膜中I型应激反应、肌成纤维细胞和上皮周围亚型配体丰富，而腺体中炎症型成纤维细胞占主导。

结果7、慢性牙周炎中成纤维细胞主导的免疫调节与空间网络重塑

疾病相关的成纤维细胞状态转变：

扩增群体：应激反应型和炎症型成纤维细胞在牙周炎中比例增加。

收缩群体：通用型、APC样和神经周围型成纤维细胞比例减少。

关键激活通路：I型应激反应成纤维细胞中TNF-α、NF-κB和TGF-β信号通路被强烈激活，提示其在炎症中的核心驱动作用。

疾病中的空间通讯网络重塑：

健康黏膜有13个MCIM，而疾病状态下增加到20个。

疾病特异性MCIM中，CD4+和CD8+ T细胞的相互作用显著扩增。

疾病枢纽模块富集的成纤维细胞特异性信号轴包括：CCL2-CCR2、CX3CL1-CX3CR1、AREG-EGFR、TNF-TNFRSF1B、IL3-IL3RA。

三级淋巴结构(TLS)周围的成纤维细胞枢纽：

TLS内部及周围高度富集成纤维细胞-免疫MCIM。

TLS内部模块以 CCL2、CCL5、CX3CL1、IL1B 信号为主。

TLS周围模块具有更广泛的信号（IL6、TNF、CXCL9/10/12、AREG、HBEGF）。

TLS边界呈现多种成纤维细胞程序并存的“拼凑”状态，同时发挥招募免疫细胞、促进炎症和启动伤口修复的功能。

治疗预测：Drug2Cell分析：

预测出多个可被现有药物靶向的配体-受体轴，包括：GM-CSF/CSF2（沙格司亭）、IL-6（萨特利珠单抗）、IL-2RA/CD25（巴利昔单抗）以及T细胞相关药物。

这些预测与相关炎症性口腔疾病的早期临床试验药物有重合，为预测的生物学相关性提供了佐证。

药物作用位点在空间上定位于纤维血管枢纽。

疾病中的空间邻域重塑：

健康时的TCN在疾病中均保留，但空间排列和细胞组成显著改变。

出现新的TCN-B（富集血管内皮细胞/NK细胞）。

纤维血管通道碎裂成多个更小、离散的局部TCN，位于上皮周围（近微生物侵袭）和骨膜周围（近牙槽骨）。

TCN-G（纤维血管枢纽）中BCL2、CD107A、PD-L1、ICOS显著上调，可能成为疾病活动生物标志物。

成纤维细胞的九种免疫调节状态（基于蛋白表达/增殖活性）：

包括：APC/MHC-II+、免疫逃逸型(HLA-A+/PD-L1+)、免疫调节型(HLA-A+/IDO1+)、存活启动型APC、存活启动+免疫逃逸型、检查点+(PD-L1+)、循环型、有丝分裂型、免疫调节型(IDO1+)。

疾病中存活启动型APC和免疫调节型成纤维细胞比例增加。

关键免疫检查点分子的空间表达：

PD-L1在富含成纤维细胞的TCN中广泛表达。

牙周炎中，成纤维细胞的HLA-DR、HLA-A、PD-L1均特异性增加。

PD-L1+成纤维细胞与PD-1+ T细胞呈现强烈的空间共定位。

三级淋巴结构(TLS)中的成纤维细胞-T细胞检查点轴：

TLS包含最高密度的预测相互作用。

PD-L1-PD-1信号轴频率：Tregs > CD8+ T细胞 > CD4+ T细胞。

由于Tregs的高度迁移性和空间功能多样性，这一发现强调了局部环境在预测细胞相互作用中的重要性。

核心结论：成纤维细胞在慢性牙周炎中可呈现多种免疫调节状态（抗原呈递、免疫逃逸、免疫调节、存活等），并成为TLS组成和功能的中枢调节者。研究提供了成纤维细胞通过MHC-I/II和PD-L1-PD-1检查点轴直接与T细胞相互作用从而调节局部免疫的原位证据。

最后，我们来看看方法

生活很好，有你更好。