基于单细胞RNA转录组测序揭示CXCL9꞉SPP1极化在非酒精性脂肪性肝病进展中的驱动机制

鹿瑶; 倪文娟; 陈荣翠; 王玮

中南大学学报（医学版） ›› 2026, Vol. 51 ›› Issue (5) : 924 -936.

鹿瑶, 倪文娟, 陈荣翠, 王玮

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摘要

目的：非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD）是全球流行的慢性肝脏疾病，NAFLD的进展与Kupffer细胞（Kupffer cells,KCs）密切相关。本研究旨在分析NAFLD中KCs的C-X-C趋化因子配体9:分泌型磷蛋白1（C-X-C motif chemokine ligand 9:secreted phosphoprotein 1,CS）极化特征及其与内皮细胞（endothelial cells,ECs）通信的机制。方法：通过高通量基因表达数据库（Gene Expression Omnibus,GEO）GSE129516数据集获取3例NAFLD小鼠和3例对照组小鼠肝脏单细胞RNA转录组测序数据，采用Seurat进行数据整合、质量控制、聚类及注释。对KCs与ECs进行亚群划分，并进行基因本体论（Gene Ontology,GO）与京都基因和基因组数据库（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）富集分析。进一步纳入小鼠肝脏单细胞数据集GSE270583对CS极化进行交叉验证。采用CellChat推断KCs亚群与ECs亚群的细胞间通信网络。将20只雄性C57BL/6J小鼠分为对照组（n=10）和高脂饮食（high-fat diet,HFD）组（n=10），每周测量小鼠体重，喂养20周时检测小鼠葡萄糖耐量和胰岛素耐量后处死小鼠，留取血清和肝脏进行后续实验。采用苏木精-伊红（hematoxylin and eosin,HE）染色和油红O染色观察肝脏病理学变化，在肝组织中通过免疫荧光染色验证CS极化与M1/M2极化特征。结果：共识别出了8类细胞的29个细胞簇。与对照组相比，NAFLD组的KCs比例升高而ECs比例降低。在M1/M2与CS极化下，解析出CD80⁺KCs、CD206⁺KCs、S100A4⁺KCs、分泌型磷蛋白1（secreted phosphoprotein 1,SPP1）⁺KCs及C-X-C趋化因子配体9（C-X-C motif chemokine ligand 9,CXCL9）⁺KCs等亚群，其中CD80⁺KCs与SPP1⁺KCs群体显著扩增，其特征基因主要富集于核因子-κB（nuclear factor-kappa B,NF-κB）与肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF）信号通路。过氧化物氧化还原酶（peroxiredoxin,PRDX）3在CD80⁺KCs中上调，在CD206⁺KCs中下调。ECs可分为Apoa2⁺ECs、 PRDX3⁺ECs及Col4a1⁺ECs 3个亚群。在NAFLD组中，PRDX3⁺ECs亚群异常活跃，并伴随PRDX1高表达及谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4,GPX4）的下调。进一步在单细胞数据集GSE270583中进行外部验证，结果显示，SPP1⁺KCs与CXCL9⁺KCs可明显分离，且NAFLD组中SPP1⁺KCs比例升高，支持CS极化在NAFLD中的跨队列可重复性。CellChat分析显示，来自CD80⁺KCs和SPP1⁺KCs指向PRDX3⁺ECs的TNF受体超家族成员1A（TNF receptor superfamily member 1A,TNFRSF1A）信号通路被激活。HFD喂养20周后，小鼠体重较对照组显著增加，并伴发葡萄糖耐量受损及胰岛素敏感性降低（均P<0.05）。HFD组的丙氨酸氨基转移酶（alanine aminotransferase,ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transferase,AST）、总胆固醇（total cholesterol,TC）、甘油三酯（triglyceride,TG）水平均显著高于对照组（均P<0.05）。HE染色和油红O染色显示，HFD组小鼠肝脏出现明显的排列紊乱、脂质空泡和脂质沉积等变化。免疫荧光染色显示，在肝组织中HFD组PRDX3、CD80表达增多；与对照组相比，HFD组肝脏KCs中SPP1表达升高，而CXCL9表达降低。这些结果与单细胞转录组测序结果一致。结论：NAFLD中KCs存在CS极化特征，SPP1⁺KCs和CD80⁺KCs比例升高，并与PRDX3⁺ECs之间的TNF-TNFRSF1A通信增强。HFD小鼠肝组织中SPP1、CXCL9、CD80和PRDX3表达变化与单细胞分析结果基本一致。CS极化可能参与NAFLD肝脏炎症微环境改变的机制，有望为理解NAFLD炎症-纤维化进程提供新的研究方向。