作者，Evil Genius
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今天我们分享文献
知识积累
成纤维细胞塑造多种组织的空间结构与细胞微环境。
单细胞 + 空间。
结果1、人类皮肤成纤维细胞亚型定位于独特的组织微环境
在健康皮肤中，通过差异基因表达分析和通路富集分析鉴定了六个主要成纤维细胞亚型。这些亚型在不同协变量中均被观察到。互补性空间转录组技术验证了六个亚型的存在，并揭示了它们独特的微解剖定位。
其中的亚群分布
1. F1: 浅层（真皮乳头层）成纤维细胞
定位： 真皮乳头层，紧邻皮肤上皮。
关键标志物： COL13A1, COL18A1, COL23A1 (浅层真皮胶原)；APCDD1, WIF1, NKD2 (Wnt信号抑制剂)。
功能提示： 通过与基底上皮细胞进行Wnt信号协同相互作用，共同维持细胞身份。
2. F2: 通用（网状层）成纤维细胞
定位： 真皮网状层深处，散布于大胶原纤维之间。
关键标志物： PI16, CD34, MFAP5 (通用PI16+成纤维细胞标志)。
功能提示：
- 被认为是存在于多种组织中的前体细胞状态。
- 转录因子KLF5驱动其状态。
- 筋膜成纤维细胞是其一个亚集。
- 具备向脂肪细胞分化的潜能。
3. F3: 成纤维网状细胞样成纤维细胞
定位： 浅层血管周区域，紧邻免疫细胞。
关键标志物： CCL19, CXCL12, CH25H (趋化免疫细胞)；IL33, IL15, TNFSF13B, VCAM1 (维持免疫细胞)；CD74, HLA-DRA (MHC-II分子，用于抗原呈递)。
功能提示：
- 转录组类似于淋巴器官中的成纤维网状细胞。
- 核心功能为维持血管周免疫微环境，参与免疫细胞的招募、区隔、存活与抗原呈递。
4. F2/3: 血管周成纤维细胞
定位： 兼具F2和F3的特征，分布于浅层及深层血管周区域等多种部位。
关键标志物： 共享F2和F3的部分基因特征；部分细胞高表达PPARG。
功能提示：
- 与免疫细胞共定位。
- PPARG高表达提示其参与脂肪细胞分化，与F2通用谱系的分化潜能一致。
5. F4: 毛囊相关成纤维细胞
定位： 与毛囊的不同区域相关联。
关键标志物： ASPN, COL11A1。
亚群细分：
- F4: DS_DPEP1+： 真皮鞘，包裹毛囊中下部。
- F4: TNN+COCH+： 新型亚型，定位于毛囊峡部，表达肌腱相关基因(MKX, TNMD)。
- F4: DP_HHIP+： 真皮乳头，独特表达CORIN, HHIP, RSPO3, LEF1等标志基因。
6. F5: 施万样成纤维细胞
定位： 与神经结构相关，富集于有神经支配的汗腺附近，并与施万细胞共定位。
关键标志物： SCN7A, FMO2, FGFBP2, OLFML2A。
亚群细分：
- F5: RAMP1+： 表达神经肽CGRP的受体复合物，提示其作为与神经系统的交互界面。
- F5: NGFR+： 神经相关群体。
其中关键的地方
空间决定功能： 成纤维细胞亚型的位置与其功能高度相关，形成了支持上皮、免疫、脂肪生成、毛囊和神经系统的特化微环境。
跨组织保守性： F2（通用）和 F3（FRC样）是在多种组织中存在的保守亚型，分别扮演前体细胞和免疫调节者的角色。
疾病相关性： 研究特别指出，F3（FRC样）和 F6（炎症性肌成纤维细胞，在之前讨论中提到）是跨组织共享的疾病相关亚型，在免疫和炎症过程中起核心作用。
结果2、疾病适应性与疾病特异性成纤维细胞
疾病适应性成纤维细胞在表型上接近健康成纤维细胞亚型，并在疾病环境中显著扩增：
第一种与健康皮肤中的F1：浅层成纤维细胞相似。该F1样疾病群体上调提示再生功能的基因（CRABP1、CYP26B1和WNT5A）。其中CRABP1与CYP26B1是小鼠浅层/上部创面成纤维细胞的标志物，被认为是创伤诱导毛囊新生的细胞来源，并参与视黄酸降解过程。CRABP1+成纤维细胞亦与驯鹿皮肤及人类早孕期皮肤的再生过程相关。
第二种与F3：FRC样成纤维细胞相似，并上调CXCL9和/或ADAMDEC1表达。CXCL9是CXCR3+细胞的趋化因子，已被报道为淋巴组织中FRC细胞的活化标志物。
疾病特异性成纤维细胞（F6：炎症性肌成纤维细胞、F7：肌成纤维细胞和F8：筋膜样肌成纤维细胞）在健康皮肤中无对应亚型，且高表达肌成纤维细胞基因特征
F6：炎症性肌成纤维细胞额外表达免疫相关基因，包括白细胞介素（IL11和IL24）、趋化因子（CXCL5、CXCL8、CXCL13和CCL11）以及能通过组织重塑促进免疫细胞浸润的基质金属蛋白酶（MMP1），同时伴随JAK-STAT信号通路和缺氧信号基因的上调。
F7：肌成纤维细胞与F8：筋膜样肌成纤维细胞以高表达ECM相关基因、TGFβ信号通路基因及机械传感器PIEZO2为特征。其中F8亚型通过特异性表达筋膜相关基因群得以区分。
研究结果表明：在疾病皮肤中，健康成纤维细胞中的F1：浅层成纤维细胞可获得再生表型（CRABP1+CYP27B1+），F3：FRC样成纤维细胞则呈现独特的极化状态（CXCL9+/ADAMDEC1+），并可能进一步产生肌成纤维细胞状态（ACTA2+COL8A1+SFRP4+）。
结果3、成纤维细胞组成特征界定不同瘢痕形成风险的基质环境
将23种皮肤病划分为三类：低风险、中度风险和已形成瘢痕/纤维化。
各风险类别呈现独特的成纤维细胞组成特征：
低风险疾病以高比例的F1：浅层（CRABP1+CYP27B1+）和F3：FRC样（CXCL9+/ADAMDEC1+）成纤维细胞为特征，且未出现显著的F6-F8肌成纤维细胞群体。这一发现与疾病相关F1：浅层成纤维细胞的再生相关基因谱、以及F3：FRC样成纤维细胞维持免疫微环境的功能相吻合。
具瘢痕形成风险的疾病独有地表现为F6：炎症性肌成纤维细胞的显著高比例，此现象在低风险或已形成纤维化疾病中均未观察到。而F7：肌成纤维细胞在瘢痕风险疾病与已形成纤维化疾病中的比例相近。这些数据表明，F6：炎症性肌成纤维细胞是影响瘢痕形成风险的关键群体，但在已形成的纤维化组织中大多消失。F8：筋膜样肌成纤维细胞在已形成纤维化疾病中也有升高，但主要集中见于掌腱膜纤维增殖性疾病——Dupuytren挛缩。
通过两种独立方法验证成纤维细胞亚型对瘢痕风险的预测作用：
随机森林分类器识别出F6与F7是预测瘢痕风险类别最重要的亚型。
在蛋白水平验证了公认的肌成纤维细胞标志物LRRC15：该蛋白在伴瘢痕风险的炎症皮肤（化脓性汗腺炎）中明确表达，而在非炎症皮肤或不伴瘢痕风险的炎症皮肤（特应性皮炎）中则未出现.
空间转录组学验证不同风险基质中的成纤维细胞分布：
与scRNA-seq数据一致，低风险的特应性皮炎炎症皮肤中F3：FRC样成纤维细胞扩增，且无主要肌成纤维细胞存在。该群体定位于浅层血管周免疫微环境，通过10x Visium数据进行了进一步验证。
在具瘢痕风险的黑素瘤中，除F1外，整个基质几乎全由F6与F7充填。F7呈现产生基质（COL1A1、COL3A1和POSTN）的表型，符合肌成纤维细胞性癌症相关成纤维细胞（myoCAFs）的特征；F6则高表达炎症性CAF（iCAF）标志基因（MMP1、MMP3、CXCL8和IL24），此特征在具瘢痕风险的癌症与炎症疾病中均被观察到。
转录组特征评分强化F6的核心地位：通过计算疾病特异性基因模块评分发现，F6：炎症性肌成纤维细胞特征评分在化脓性汗腺炎、痤疮及角质形成细胞性皮肤癌中最高。
总结：发现证实了不同瘢痕形成风险的皮肤病具有独特的基质组成。F6：炎症性肌成纤维细胞在具瘢痕风险的疾病中出现，但在已形成的纤维化中相对少见，提示其可能是向F7：肌成纤维细胞分化的中间状态。
结果4、皮肤疾病特异性肌成纤维细胞的起源
对病变皮肤中的成纤维细胞进行轨迹分析以探索其分化路径，随后利用时间分辨率的人类伤口数据验证基质组成的动态变化。
通过基于分区的图抽象（PAGA）分析，发现：
F7：肌成纤维细胞表现为终末分化状态，这与它们在已形成纤维化组织中存在的情况一致。
跨分析数据显示F7存在两个潜在来源：
- 一条轨迹直接起源于F2：通用谱系
- 另一条轨迹源自F1：浅层成纤维细胞，通过F6：炎症性肌成纤维细胞这一中间状态向F7过渡
这两条推断轨迹与小鼠体内谱系追踪研究结果一致。
为实时验证这些预测轨迹，分析了包含58,823个人类皮肤伤口细胞的时序数据集：
- 基线期（伤口前）：未检测到肌成纤维细胞
- 伤后第1天：出现少量F6：炎症性肌成纤维细胞（图5d和扩展数据图7c）
- 伤后第7天：F6成为主导群体
- 伤后第30天：F7转化为主要群体，符合其在已形成纤维化/瘢痕组织中的作用
综上，结果表明：在人类皮肤中，F6：炎症性肌成纤维细胞是向F7分化的中间状态，且成纤维细胞起源具有潜在可塑性。
结果5、人类跨组织疾病相关成纤维细胞群体
为探究本研究中鉴定的皮肤成纤维细胞亚型是否在其他人体组织中保守存在，开展了跨组织分析。既往研究虽已报道多种跨组织存在的成纤维细胞状态，但由于各研究采用的命名法和基因标记不同，这些群体间的相互关系及其与发现的皮肤成纤维群体的关联尚不明确。为此采用两种研究策略：
第一策略：跨组织标志基因在皮肤数据集中的表达评估
通过分析既往报道的跨组织成纤维细胞标志基因在皮肤数据集中的表达情况，发现这些已知群体很可能同样存在于人类皮肤中，分别对应本研究的：
- F2：通用型
- F3：FRC样
- F6：炎症性肌成纤维细胞
- F7：肌成纤维细胞
第二策略：百万级跨组织细胞整合分析
整合了来自皮肤、肺、肠道、滑膜、子宫内膜、心脏和鼻粘膜等组织的约580万个细胞的已发表数据集。基于典型标志基因表达，从中筛选出约100万个成纤维细胞进行下游分析。通过全转录组谱整合（而非有限标记基因），更全面地定义了细胞状态相似性：
确认新型跨组织群体：
- F2/3：血管周成纤维细胞（表达CXCL12、APOC1、PPARG）
- F5：NGFR+施万样成纤维细胞（表达SCN7A、NGFR、ITGA6、EBF2）
这两类群体在肺、肠道和鼻粘膜等多个组织中均被检测到（图6c,d和扩展数据图8b,c）
组织特异性表达模式：
- F1：浅层成纤维细胞显示组织特异性基因表达差异，可能反映不同部位上皮组织的特有模式
结论：尽管人体组织间存在显著生物物理特性差异，但结果证实了既往报道的跨组织成纤维细胞状态在皮肤中的普遍存在。更重要的是，首次提出F2/3：血管周成纤维细胞和F5：NGFR+（神经相关）成纤维细胞为新型跨组织保守群体。
结果6、跨组织成纤维细胞调控皮肤中独特的免疫微环境
在皮肤中鉴定到的疾病相关成纤维细胞状态，是否在非皮肤组织中也会被同类疾病显著富集？基于F3：FRC样和F6：炎症性肌成纤维细胞在跨组织中的保守性及其通路富集分析提示的潜在免疫互作角色，聚焦于此二者，并利用皮肤数据进行细胞间通讯分析以预测其与免疫细胞的功能性互作。
跨组织分析发现：
F3: FRC样成纤维细胞普遍存在于免疫病理介导的炎症性疾病和纤维化过程中，包括肺（COVID-19和间质性肺病）和肠道（炎症性肠病IBD）。尽管人类肺细胞图谱未报道该群体，但经重新聚类后在肺组织中识别出F3群体，与既往研究一致。同时证实了IBD中的T网状细胞（FRC亚群）与F3的等同性。
F6: 炎症性肌成纤维细胞在癌症和炎症组织中大量存在，但在已形成的纤维化中相对少见，与皮肤数据结论一致。确认了IBD中描述的炎症性肌成纤维细胞与皮肤F6群体的等同性。在具临床 metadata 的IBD scRNA-seq数据集中进一步验证：F6在炎症组织中的比例显著高于非炎症组织，且其丰度与临床炎症严重程度评分正相关。
细胞互作机制解析：
F3：受体-配体分析提示其通过与迁移性树突细胞（CCL19-CCR7）及T细胞亚群（CXCL12-CXCR4）互作，维持T淋巴细胞群体并促进T细胞-树突细胞相互作用，类似淋巴组织中的T网状细胞功能。利用NicheCompass在炎症性特应性皮炎皮肤中进行生态位鉴定，证实CCR7+ MigDCs和CXCR4+ T细胞共定位于F3所在的浅层血管周微环境。
F6：被预测通过特定配体-受体对（CXCL5/6/8-CXCR2、CSF3-CSF3R；CCL5/26-CCR1；CXCL13-CXCR5）在皮肤中招募并维持中性粒细胞、巨噬细胞/单核细胞和B细胞。这些基因在皮肤伤口愈合、痤疮、化脓性汗腺炎以及IBD和肺癌中均高表达，提示其存在跨组织招募免疫细胞的相似机制。
总结：结果表明，F3: FRC样成纤维细胞（标志：CCL19+CD74+TNFRSF13B+及IL33/IL15）与F6: 炎症性肌成纤维细胞（标志：IL11+MMP1+CXCL5+IL7R+）通过介导不同的免疫微环境，共同驱动皮肤及其他组织的病理进程。
结果7、成人及胚胎期人类皮肤中的F3：FRC样成纤维细胞
基于成人皮肤F3：FRC样成纤维细胞与肠道T网状细胞的高度相似性，推测这些成纤维细胞在各自组织中具有同源起源。肠道FRCs发现于派尔集合淋巴结，被认为起源于胚胎期的淋巴组织组织者（LTo）细胞；然而皮肤中并不存在类似派尔结的结构，F3细胞的起源仍属未知。为从发育角度探索F3的谱系发生，首先整合了成人及胚胎期皮肤成纤维细胞数据，并鉴定出对应的成纤维细胞群体，发现成人F3群体与胚胎期皮肤CCL19+成纤维细胞显著相关。
通过联合分析人类胚胎期皮肤与肠道数据，发现胚胎期皮肤CCL19+细胞与胚胎期肠道间充质LTo细胞聚集在同一亚群。这些皮肤CCL19+细胞表达已知的间充质LTo标志物78（包括CCL21、CXCL13、MADCAM1、FDCSP和TNFSF11（RANKL）），表明胚胎期皮肤CCL19+细胞可能以类似肠道LTo细胞的方式，发育分化为成人皮肤F3细胞。
进一步探究LTo基因程序在成人皮肤F3中的活性发现：
健康成人皮肤中不表达LTo基因程序（包括CXCL13和FDCSP）
该程序在特定皮肤病中被重新激活，尤其在化脓性汗腺炎中显著上调
鉴于CXCL13是三级淋巴结构（TLS）形成的关键趋化因子，而TLS在成人皮肤中较为罕见，但新近研究提示其存在于化脓性汗腺炎病变中——这表明重新激活的LTo基因程序可能驱动了TLS的形成过程
通过跨物种比较分析发现：
成人F3细胞对应小鼠Ccl19+成纤维细胞
该群体在小鼠中主要分布于淋巴器官，在其他组织（如肺）中也有存在
关键差异：F3在健康人类皮肤中相对丰富，而对应的Ccl19+成纤维细胞在健康小鼠皮肤中极为罕见
结论：F3：FRC样成纤维细胞在人类皮肤中显著富集，而在小鼠皮肤中几乎不存在或完全缺失。
最后来看看方法
亚群分析，这个就是我们课上讲到的方法
Xenium部分
