纤维化可以影响任何器官，在工业化世界中，高达45%的死亡是由纤维化造成的。长期以来，纤维化一直被认为是不断进步和不可逆转的，临床前模型和各种器官系统的临床试验都表明，纤维化是一个高度动态的过程。这对旨在利用这种固有可塑性的治疗干预具有明显的意义。然而，尽管我们对纤维化病理学的理解取得了重大进展，但在确定推定的抗纤维化靶点和转化为有效的患者治疗之间仍然存在转化差距。在这里，我们讨论了用于剖析调节纤维化的关键细胞和分子机制的变革性实验策略，
关键词：纤维化、单细胞RNA测序、单细胞基因组学、成纤维细胞、巨噬细胞、整合素、细胞因子、微生物组、代谢组学、抗纤维化治疗
纤维化不是一种疾病，而是一种组织修复反应的结果，在多种类型的组织损伤后，尤其是在慢性炎症性疾病期间，这种反应失调。纤维化组织的形成是由细胞外基质(ECM)成分如胶原蛋白和纤连蛋白的过度积累所定义的，实际上是所有器官组织修复的正常和重要阶段。当组织受伤时，局部组织成纤维细胞被激活，增加其收缩性、炎症介质的分泌和ECM成分的合成，这些成分共同启动伤口愈合反应。当损伤轻微或不重复时，伤口愈合反应是有效的，只会导致过量ECM成分的短暂积累，然后迅速消除，促进正常组织结构的恢复。然而，当损伤是重复性的或严重的时，ECM成分会继续积累，这可能导致组织结构的破坏、器官功能障碍并最终导致器官衰竭。遗传影响、衰老、对入侵微生物的反应以及炎症反应随时间变化的特征会影响伤口愈合反应是导致进行性纤维化还是以有效修复结束。在这篇综述中，我们提供了最近研究纤维化机制的最新研究，并讨论了这些信息如何促进新型抗纤维化治疗的发展。器官功能障碍，最终器官衰竭。遗传影响、衰老、对入侵微生物的反应以及炎症反应随时间变化的特征会影响伤口愈合反应是导致进行性纤维化还是以有效修复结束。在这篇综述中，我们提供了最近研究纤维化机制的最新研究，并讨论了这些信息如何促进新型抗纤维化治疗的发展。器官功能障碍，最终器官衰竭。遗传影响、衰老、对入侵微生物的反应以及炎症反应随时间变化的特征会影响伤口愈合反应是导致进行性纤维化还是以有效修复结束。在这篇综述中，我们提供了最近研究纤维化机制的最新研究，并讨论了这些信息如何促进新型抗纤维化治疗的发展。
去：
单细胞基因组学解卷积的纤维化单细胞多组学方法正在改变我们对跨医学疾病发病机制的理解，允许以前所未有的分辨率询问健康和疾病中的细胞群。这种“分辨率革命”允许在单细胞水平上对细胞状态和类型进行强大、无偏见的探索，从而对组织生物学和疾病机制产生意想不到的新见解。
这些尖端的单细胞方法已经被纤维化研究界热烈采用，以加深我们对驱动肺纤维化的复杂、多细胞相互作用的理解。图1)1.间充质细胞是肺纤维化过程中病理性ECM沉积的关键来源，最终导致结构破坏和肺功能降低。小鼠肺间充质的空间转录图是通过结合单细胞RNA测序(scRNAseq)和信号谱系记者2生成的。每个间充质谱系都表现出独特的空间地址和转录组，赋予独特的生态位调节功能。例子包括间充质肺泡生态位细胞是Pdgfrα+，Wnt响应，并且对肺泡上皮细胞生长和自我更新至关重要。相比之下，Axin2+肌纤维化祖细胞优先在肺损伤2后产生病理性有害的肌成纤维细胞。使用小鼠博来霉素损伤模型的进一步研究还确定了健康和纤维化小鼠肺3,4的肺间充质细胞异质性。
图1：
使用多模式单细胞方法解卷积纤维化。
尖端的单细胞方法正在改变我们对调节纤维化的复杂细胞和分子机制的理解，除了空间分析外，还允许在单细胞水平上评估转录组、基因组、表观基因组和蛋白质组。此外，现在可以对同一个单细胞进行组合读数（例如，转录组和染色质可及性的同时分析），并且这些多模式单细胞组学读数的集成允许对细胞状态进行更强大、更全面的评估，人类纤维化疾病期间的个体发育、表型和功能。从这些综合方法中获得的新生物学见解应该能够确定新的、易处理的治疗靶点，以治疗各种纤维化疾病的患者。
分析来自8个人类肺纤维化肺外植体（具有不同病因）和8个健康供体肺样本5的70,多个多谱系细胞，确定了一个独特的、新的促纤维化肺泡巨噬细胞群，仅限于纤维化患者，此前在小鼠中发现了这些细胞5,6.此研究和其他5，7已经建议型肺泡（AT）病理作用2个细胞，其分泌肺表面活性剂和作为肺泡干细胞，在露出纤维化肺鲜明AT2细胞群8，并在由肺泡再生受损和进行性肺纤维化引起的升高的机械张力激活的TGF-β信号传导之间建立直接的机制联系。降低肺泡上的机械张力代表了治疗进行性肺纤维化8的潜在新治疗方法。分析来自32个IPF、29个健康对照和18个慢性阻塞性肺疾病(COPD)肺的,个细胞作为疾病对照Adams等人。鉴定了位于IPF肺中肌成纤维细胞灶边缘的富含IPF的异常基底细胞上皮细胞群9.在血管内皮细胞隔室中，在IPF样品中鉴定出扩增的细胞群，其转录组学与通常仅限于支气管循环的血管内皮细胞相同。此外，扩散图和伪时间轨迹分析（单细胞转录组学中使用的新计算技术来确定细胞经历的动态过程的模式，然后根据它们在过程中的进展排列细胞），也允许推断激活的IPF肌成纤维细胞起源9.
ScRNAseq研究还全面描述了肝脏稳态和再生中的细胞和分子景观10–14。自从它们被发现作为肝脏中主要的胶原蛋白生成细胞15以来，肝星状细胞(HSC)被认为是同质的，具有转变为活化的肌成纤维细胞表型的潜力，被认为在所有HSC中均等分布。ScRNAseq发现了鼠HSC的功能区带，可以高分辨率鉴定小叶中心肝损伤后的关键致病性胶原生成细胞16.伪时间轨迹和RNA速度是另一种在时间尺度上预测单个细胞未来状态的计算方法，表明中央静脉相关的HSC是小叶中心肝损伤后致病性胶原生成细胞的主要来源16。此外，使用scRNAseq询问从纤维化小鼠肝脏中分离的视*醇阳性肌成纤维细胞也证明了肝肌成纤维细胞17内的异质性和功能多样性。
对超过,个单个人类肝细胞的分析得出了在健康和肝硬化人类肝脏中发现的非实质细胞类型的分子定义，从而可以鉴定在骨髓细胞(TREM)2+CD9+亚群上表达的新型疤痕相关触发受体巨噬细胞在肝纤维化中扩张，从循环单核细胞中分化出来，并且是促纤维化的18。还定义了疾病相关的非典型趋化因子受体(ACKR1)+和质膜囊泡相关蛋白(PLVAP)+内皮细胞亚群，它们在地形上仅限于纤维化生态位并增强白细胞的迁移。使用多沿袭建模19,瘢痕相关巨噬细胞、内皮细胞和PDGFRα+产生胶原的间充质细胞之间的配体-受体相互作用中的20项揭示了几种促纤维化途径的瘢痕内活性，包括TNF受体超家族(TNFRSF)12A、PDGFR和NOTCH信号传导，提供发现肝硬化合理治疗靶点的概念框架18。值得注意的是，鼠肝损伤相关巨噬细胞显示标记基因与人类瘢痕相关巨噬细胞观察到的标记基因显着重叠，TREM2和CD9显示跨物种18的保守性。使用典型相关分析(CCA)21对scRNAseq数据进行无偏跨物种映射证实小鼠和人类疤痕相关的巨噬细胞代表了必然的种群。这证明了scRNAseq方法在定义跨物种的“核心”纤维化损伤诱导种群和治疗靶标方面的效用，从而提高了从临床前啮齿动物模型到人类肝脏原代细胞/类器官的整个转化管道中推定靶标的询问精度基于系统。
在胃肠道22中，结肠间充质的单细胞普查揭示了除周细胞和肌成纤维细胞外的四个成纤维细胞亚群，并鉴定了表达SOX6、F3(CD)和WNT的结肠隐窝生态位附近的成纤维细胞亚群结肠上皮干细胞功能所必需的基因。在结肠炎中，随着表达TNFSF14、成纤维细胞网状细胞相关基因、白介素(IL)-33和赖氨酰氧化酶(LOX)的活化间充质群的出现，该生态位失调，导致上皮增殖和成熟受损，从而说明结肠如何间充质重塑以驱动炎症性肠病(IBD)中的炎症和屏障功能障碍22.在关节炎的背景下，成纤维细胞活化蛋白-α(FAPα)+成纤维细胞的缺失抑制了缓解和持续性关节炎小鼠模型中的炎症和骨侵蚀，scRNASeq在FAPα+群体中鉴定了两个解剖学上不同的成纤维细胞亚群：FAPα+胸腺细胞抗原(THY1)+位于滑膜亚衬里的免疫“效应”成纤维细胞，而FAPα+THY1-仅限于滑膜衬里层的“破坏性”成纤维细胞。FAPα+THY1-成纤维细胞过继转移到关节中选择性介导骨和软骨损伤，对炎症几乎没有影响，而FAPα的转移+THY1+成纤维细胞导致更严重和持续的炎症性关节炎，对骨骼和软骨的影响最小。发现这些具有非重叠功能的解剖学上离散、功能不同的成纤维细胞亚群显然对旨在精确调节炎症、纤维化和组织修复23的疗法的合理设计具有重要意义。
去：
成纤维细胞异质性和可塑性功能性成纤维细胞异质性器官纤维化过程中日益复杂的实验方法，已使成纤维细胞群内显著的多样性和功能异质性的发现，22-25。命运图谱和实时成像的结合表明，一个专门的成纤维细胞亚群，筋膜成纤维细胞，在受伤后上升到皮肤表面26.这些筋膜成纤维细胞聚集其周围的细胞外基质（包括血管、巨噬细胞和外周神经）以形成临时基质，这些成纤维细胞的消融抑制了基质归巢到伤口中，导致有缺陷的疤痕。有趣的是，在皮肤下放置一层不透水的薄膜（防止筋膜成纤维细胞向上迁移）会导致慢性开放性伤口。因此，筋膜包含一个专门的哨兵成纤维细胞预制套件，它们嵌入在可移动的密封剂中。其他器官中是否存在类似的成纤维细胞亚群并使用类似的机制促进伤口愈合仍有待确定。在皮肤损伤和衰老过程中也发现了显着的肌成纤维细胞功能多样性27.谱系追踪和流式细胞术鉴定了不同的伤口床肌成纤维细胞亚群，包括表达CD26的脂肪细胞前体和CD29高亚群。脂肪细胞前体显着减少，CD29High细胞在老年小鼠伤口床和博莱霉素诱导的纤维化小鼠皮肤中更丰富，这表明纤维化微环境影响肌成纤维细胞的组成。
最近的研究表明，一系列间充质祖细胞(MP)与纤维化的发生和传播有关28–30。特别是两项研究，重点