成纤维细胞来源半乳糖凝集素-3通过细胞外基质蓄积促进矽肺纤维化

摘要

目的：探讨成纤维细胞来源的半乳糖凝集素-3（galectin-3,LGALS3）在二氧化硅（silicon dioxide,SiO₂）诱导的小鼠肺纤维化模型肺组织中的表达及其与细胞外基质（extracellular matrix,ECM）沉积的关系，进一步揭示LGALS3在矽肺纤维化中的作用机制。方法：通过SiO₂暴露构建肺纤维化小鼠模型，利用天狼星红染色和偏振光显微镜观察肺组织中胶原沉积及结构变化。通过单细胞聚类分析将细胞分为20个聚类，并筛选出成纤维细胞在SiO₂处理56 d时表达上调的差异基因。利用Metascape进行基因本体（gene ontology,GO）富集分析，明确与ECM结合相关的基因。在体外实验中，采用转化生长因子-β1（transforming growth factor β1,TGF-β1）刺激人肺成纤维细胞HPF-a和小鼠肺成纤维细胞MLg，通过Western blot和免疫荧光染色检测LGALS3的表达水平及其在ECM中的沉积情况。结果：单细胞聚类分析发现，成纤维细胞在SiO₂处理56 d时数量显著增加，筛选出表达上调的前10个基因，包括Ccl6、Lyz2、Ftl1、Spp1、Lgals3、Cxcl2、Fth1、Psap、S100a9和Ctss。GO富集分析表明，这些基因与ECM结合密切相关，其中Ctss、Lgals3和Spp1是核心关联基因。点图显示，Lgals3在SiO₂56 d组中的表达水平显著高于对照组。天狼星红染色和偏振光显微镜结果显示，SiO₂暴露组小鼠肺组织中胶原沉积显著增加，且结构致密，呈现典型的肺纤维化病理特征。Western blot结果显示，TGF-β1刺激后，HPF-a细胞中LGALS3的表达呈现时间依赖性变化，12 h达到峰值（P<0.05）。动物模型验证表明，SiO₂暴露组小鼠肺组织中LGALS3的表达水平显著高于对照组（P<0.001），且免疫荧光染色显示LGALS3与成纤维细胞标志物波形蛋白（Vimentin）的共定位信号增强（P<0.01）。此外，将TGF-β1刺激的MLg细胞种植于ECM上后，LGALS3表达水平显著上升（P<0.05）；移除细胞后，ECM上的LGALS3表达水平仍高于对照组（P<0.05）。结论：成纤维细胞来源的LGALS3在SiO₂诱导的小鼠肺纤维化模型肺组织中表达显著上调，并参与ECM的沉积过程。LGALS3的表达水平受TGF-β1调控，且在ECM上呈现持续性蓄积。这些发现揭示了LGALS3在肺纤维化中的重要作用，为矽肺的病理机制研究和潜在治疗靶点提供了新的理论依据。

关键词

矽肺 / 成纤维细胞 / 细胞外基质 / 半乳糖凝集素-3 / 纤维化

基金资助

国家自然科学基金（82373547）