SARS-CoV-2觸發(fā)促纖維化巨噬細(xì)胞反應(yīng)的誘導(dǎo)機(jī)理
當(dāng)前COVID-19新冠病毒肆虐全球并且不斷產(chǎn)生突變毒株，目前尚未開發(fā)出針對COVID-19肺炎的有效療法，給人類健康和世界經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。COVID-19感染患者會出現(xiàn)致命的并發(fā)癥，如重癥肺炎、急性呼吸窘迫綜合癥（ARDS）、膿毒性休克、心律失常和急性心臟損傷等病癥，COVID-19 引起的ARDS與長期呼吸衰竭和高死亡率有關(guān)，但肺損傷的機(jī)制基礎(chǔ)仍未完全明確。
近日來自德國柏林柏林夏里特醫(yī)學(xué)院等合作單位的研究人員在Cell雜志發(fā)表題為”SARS-CoV-2 infection triggers profibrotic macrophage responses and lung fibrosis”的研究論文，揭示了促纖維化巨噬細(xì)胞在ARDS患者肺纖維化中的作用機(jī)制和功能。
研究人員使用單細(xì)胞基因組學(xué)、免疫組織學(xué)和電子顯微鏡分析了兩組COVID-19急性呼吸窘迫綜合征患者的肺部免疫反應(yīng)和肺部病理學(xué)差異，描述了在 COVID-19 ARDS 期間獲得促纖維化轉(zhuǎn)錄表型的CD163單核細(xì)胞生成巨噬細(xì)胞的積累過程。
通過將mRNA水平及基于Phenoptics Opal多重蛋白檢測分析數(shù)據(jù)整合，揭示了 COVID-19 相關(guān)巨噬細(xì)胞與特發(fā)性肺纖維化中鑒定的促纖維化巨噬細(xì)胞群之間的顯著相似性，COVID-19 造成的ARDS 與肺纖維化的臨床、影像學(xué)、組織病理學(xué)和超微結(jié)構(gòu)特征顯著相關(guān)。
將人的單核細(xì)胞感染 SARS-CoV-2病毒，而不是甲型流感病毒或病毒 RNA 類似物，足以在體外誘導(dǎo)產(chǎn)生類似的促纖維化表型。研究結(jié)果表明 SARS-CoV-2 觸發(fā)促纖維化巨噬細(xì)胞的反應(yīng)和纖維增殖性 ARDS有著顯著相關(guān)性，這對于COVID-19的新型治療方案開發(fā)具有重要意義。
為了進(jìn)一步研究肺巨噬細(xì)胞群與纖維化反應(yīng)的關(guān)聯(lián)，研究人員分析了來自致命 COVID-19 患者的尸檢肺組織樣本。使用單細(xì)胞測序結(jié)合多色熒光分析，基于典型標(biāo)記基因表達(dá)鑒定了 15 個不同的肺細(xì)胞群。作者發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞表型與周細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞中描述的相似。成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞在 COVID-19 中顯示出 ECM 蛋白編碼基因的強(qiáng)烈上調(diào)，表明強(qiáng)烈的纖維化反應(yīng)。進(jìn)一步作者使用配體-受體相互作用工具 CellChat推斷巨噬細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞之間的通信網(wǎng)絡(luò)，分析揭示 CD163/LGMN-Mφ 與低程度的 Mono/Mφ 和肌成纖維細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和周細(xì)胞強(qiáng)烈的相互作用。
通過對尸檢肺樣本中使用Phenoptics Opal多重?zé)晒馊旧u估了 SM22+ 肌成纖維細(xì)胞和 CD68+ 巨噬細(xì)胞的組織分布。與非 COVID-19 對照相比肌纖維細(xì)胞擴(kuò)大，巨噬細(xì)胞經(jīng)常在 SM22+ 附近表達(dá)。CD163+ 巨噬細(xì)胞和膠原蛋白沉積物顯著的共定位，然而膠原蛋白區(qū)域和巨噬細(xì)胞的擴(kuò)張增加了共定位的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)肺巨噬細(xì)胞與膠原蛋白和肌成纖維細(xì)胞基因座共定位，并與肌成纖維細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和周細(xì)胞進(jìn)行強(qiáng)信號相互作用。CD163/LGMN-Mφ 與間充質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用將導(dǎo)致 COVID-19 ARDS 中的高度促纖維化的微環(huán)境，從而導(dǎo)致患者死亡。
作者系統(tǒng)描繪了SARS-CoV-2可能誘導(dǎo)的信號通路。SARS-CoV-2 誘導(dǎo)RIG-I-like受體、ds-RNA傳感器以及清除率受體和相關(guān)膜蛋白表達(dá)上調(diào)，與炎癥相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子(NFkB, IRF7)和巨噬細(xì)胞分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子(MAFB, CEBPB)上調(diào)，MAFB在CD163/LGMN-Mφ中高表達(dá)，已被確定為肺纖維化中巨噬細(xì)胞的特異性標(biāo)志物。
在SARS-CoV-2刺激的單核細(xì)胞中預(yù)測了CEBPB的激活，并已證明它可以誘導(dǎo)原纖維化巨噬細(xì)胞分化。此外，作者觀察到轉(zhuǎn)錄活性較長的CEBPB異構(gòu)體(LAP*/LAP)表達(dá)上調(diào)，較短抑制異構(gòu)體(LIP)表達(dá)下調(diào)。LAP*/LAP亞型的翻譯是在PKR激活后產(chǎn)生的，與SARS-CoV-2的誘導(dǎo)一致,并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)CEBPB和IRF7的特定位點磷酸化增加，表明轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)。
文中研究人員對嚴(yán)重COVID-19 ARDS中嚴(yán)重的纖維增生性組織反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)描繪，結(jié)果表明與單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞的積累有關(guān)，這些巨噬細(xì)胞與IPF中的促纖維化巨噬細(xì)胞具有顯著的相似性。在ARDS和慢性器官纖維化中，分析病毒識別與促纖維化巨噬細(xì)胞反應(yīng)的分子機(jī)制非常重要，這些可能為疾病的治療干預(yù)提供新的靶點。
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[參考信息]
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.
