基礎醫學(xué)研究所何維張建民團隊與北京協(xié)和醫院呂威團隊合作發(fā)現慢性鼻竇炎新機制和治療新靶點(diǎn)
2022年9月22日，中國醫學(xué)科學(xué)院基礎醫學(xué)研究所免疫學(xué)系何維-張建民團隊與北京協(xié)和醫院耳鼻喉科呂威團隊合作,在Nature Immunology發(fā)表了“Single-cell profiling identifies mechanisms of inflammatory heterogeneity in chronic rhinosinusitis”的論文。該研究報道了不同類(lèi)型慢性鼻竇炎（CRS）患者鼻腔黏膜局部炎性微環(huán)境中免疫細胞和非免疫細胞組成變化規律，并鑒定出多個(gè)與局部2型免疫反應發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的獨特細胞亞群和分子，特別是在CRS鼻黏膜微環(huán)境中的ALOX15+ 巨噬細胞可通過(guò)分泌趨化因子招募嗜酸性粒細胞、單核細胞和TH2細胞，在嗜酸性慢性鼻竇炎伴鼻息肉疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用，有望成為一個(gè)新的治療性靶點(diǎn)。
通訊作者呂威教授介紹，臨床常見(jiàn)的慢性氣道炎癥性疾病包括發(fā)生在上呼吸道的慢性鼻竇炎和發(fā)生在下呼吸道的哮喘等，常相伴發(fā)生并具有相似的發(fā)病機制。其中慢性鼻竇炎又可根據是否伴有鼻息肉分為慢性鼻竇炎不伴息肉（CRSsNP)、慢性鼻竇炎伴息肉(CRSwNP)兩類(lèi)。最新指南提出，根據炎癥機制，可以劃分為2型炎癥為特征的嗜酸性慢性鼻竇炎(eCRS)和非2型炎癥為特征的非嗜酸性慢性鼻竇炎(neCRS)。目前的常規臨床治療依然使用糖皮質(zhì)激素作為這類(lèi)疾病通用的首選治療手段，并未能針對不同疾病亞型進(jìn)行更精準的對癥治療。特別是嗜酸性慢性鼻竇炎伴鼻息肉型(eCRSwNP)患者，病灶免疫微環(huán)境存在難治性2型炎癥，發(fā)病機制尚不明確，涉及到復雜的細胞及分子交互作用，采用常規療法治療后容易復發(fā)，是臨床診療中的難點(diǎn)。因而，系統性研究慢性鼻竇炎不同疾病亞型免疫微環(huán)境構成，有助于闡釋各慢性鼻竇炎亞型特異性的發(fā)病機制，找到驅動(dòng)疾病病程進(jìn)展的關(guān)鍵細胞和分子，優(yōu)化和改進(jìn)臨床現行治療方案，對提升個(gè)性化精準治療水平具有重要意義。
圖1 健康人及慢性鼻竇炎黏膜微環(huán)境整體細胞圖譜情況
在該研究中，團隊通過(guò)單細胞轉錄組測序技術(shù)建立了正常人、慢性鼻竇炎不伴鼻息肉、嗜酸性慢性鼻竇炎伴鼻息肉以及非嗜酸性慢性鼻竇炎伴鼻息肉3種CRS亞型患者的鼻腔黏膜免疫和非免疫細胞細胞圖譜（見(jiàn)圖1），并對影響慢性鼻竇炎病程發(fā)生發(fā)展和亞型分化的的內在分子機制進(jìn)行了研究，系統定義了在嗜酸性鼻息肉(eCRSwNP)中影響病程進(jìn)展的局部組織微環(huán)境內的關(guān)鍵因素，包括（1）基底細胞的過(guò)度增生異常分化及保護性細胞分子的缺失導致屏障功能受損；（2）胞外基質(zhì)重塑和成纖維細胞、巨噬細胞、血管內皮細胞、平滑肌細胞等細胞亞群的功能紊亂；（3）TH2細胞、ILC2細胞、IL5RA+漿細胞、細胞毒性CX3CR1+CD8+TEFF細胞和NK細胞增加并伴隨CD8+TRM細胞缺失；（4）NK-cDC1 免疫監視軸功能喪失和ALOX15+ cDC2-TH2交互作用軸功能的過(guò)度激活；（5）ALOX15+巨噬細胞的富集，并可作為主要的趨化效應細胞促進(jìn)炎癥相關(guān)細胞的浸潤從而驅動(dòng)2型免疫反應發(fā)生。以上結果表明在慢性鼻竇炎鼻黏膜微環(huán)境中的ALOX15+ 巨噬細胞存在通過(guò)分泌趨化因子招募嗜酸性粒細胞、單核細胞和TH2細胞，促進(jìn)2型免疫反應驅動(dòng)的氣道炎癥性疾病病程進(jìn)展的作用機制（見(jiàn)圖2）。
圖2 慢性鼻炎鼻黏膜微環(huán)境中2型免疫反應驅動(dòng)病程進(jìn)展的作用機制
研究團隊在單細胞測序分析結果基礎上通過(guò)一系列細胞學(xué)、分子生物學(xué)和動(dòng)物實(shí)驗深度挖掘疾病的致病機理和治療性新靶點(diǎn)。結果顯示，ALOX15+巨噬細胞在eCRSwNP中特異性富集，并產(chǎn)生一系列直接作用于嗜酸性粒細胞、單核細胞及TH2的趨化因子；ALOX15編碼的15-脂加氧酶(15-LO)可以氧化如花生四烯酸等多不飽和脂肪酸，產(chǎn)生一系列具有促炎作用的下游脂代謝產(chǎn)物。證明ALOX15是影響和調節eCRSwNP疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵節點(diǎn)。使用ALOX15抑制劑可減少IL-4及IL-13誘導的巨噬細胞浸潤并抑制其趨化因子分泌及CD4+T細胞招募；同時(shí)在小鼠嗜酸性鼻竇炎模型體內實(shí)驗中發(fā)現，使用ALOX15抑制劑也可有效緩解eCRSwNP中2型免疫反應過(guò)度激活引起的病理?yè)p傷（見(jiàn)圖3）,提示ALOX15有望成為治療eCRSwNP的新藥物靶點(diǎn)。
圖3 阻斷ALOX15可緩解體內外模型中2型免疫反應激活
通訊作者張建民教授認為，該研究是從臨床疑難問(wèn)題出發(fā)，聯(lián)合基礎研究，發(fā)現新機制、新靶點(diǎn)，促進(jìn)新型治療手段和策略開(kāi)發(fā)，最終再應用到臨床，解決實(shí)際困境。這是一項基礎與臨床相結合、共同攻關(guān)、實(shí)現突破的典范。該研究的結果不僅進(jìn)一步闡釋了慢性鼻竇炎不同病理分型的免疫微環(huán)境異質(zhì)性和病程發(fā)展機制特點(diǎn)，更重要的是首次發(fā)現ALOX15具有成為一個(gè)慢性鼻竇炎全新的治療靶點(diǎn)潛在可能。這為慢性鼻竇炎及其它2型免疫反應介導的疾病潛在新型治療方法的研發(fā)提供了重要思路。張建民教授對于以ALOX15為靶點(diǎn)治療慢性鼻竇炎產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及臨床應用前景十分看好，團隊已著(zhù)手圍繞該研究發(fā)現，以ALOX15為靶點(diǎn)布置開(kāi)展相關(guān)治療產(chǎn)品的研發(fā)工作。
本研究工作得到中國醫學(xué)科學(xué)院醫學(xué)與健康科技創(chuàng )新工程（2021-1-I2M-005，2021-1-I2M-053，2021-I2M-1-035）等項目的資助。協(xié)和醫院呂威教授和基礎所何維教授、張建民教授為論文共同通訊作者，王威清博士（協(xié)和醫院）、許依博士（基礎所）和王倫博士（協(xié)和醫院）為論文的共同第一作者。