文献解读：单细胞转录组绘制回肠末端克罗恩病发病机制特征

期刊：Nature Genetics
影响因子：25.5
发表时间：2026 年 6 月
主要技术：单细胞转录组测序

导语
克罗恩病（CD）是一种慢性炎症性肠病，临床表现和治疗反应存在显著异质性。为探究其分子基础，作者构建了IBDverse数据库，一个包含数百份末端回肠活检样本的大规模单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集。研究者对111名克罗恩病患者和232名健康对照者的超过110万个细胞进行了测序分析。该资源整合了发现队列和验证队列，可用于精准鉴定与克罗恩病相关的细胞类型、基因及通路。本研究发现了以上皮细胞干扰素驱动的主要组织相容性复合体I类分子上调为特征的改变，该改变在宏观炎症消退后仍存在于祖细胞中。研究鉴定出ITGA4+巨噬细胞是关键的炎症驱动因子，表现出JAK-STAT信号通路富集以及细胞因子（IL-6, IL-12,IL-23等）高表达。遗传力分析将炎症性单核细胞和巨噬细胞与克罗恩病易感性关联起来，揭示驻留型和募集型免疫细胞在发病机制中的重要作用。这些研究成果为克罗恩病构建了全面细胞和分子框架，为阐明疾病机制和探索治疗靶点提供了重要依据。

主要技术
单细胞转录组测序

研究结果
1. 构建回肠末端单细胞图谱，鉴定 57 个精细细胞亚群并揭示 CD 相关细胞富集
研究团队对 343 份回肠末端活检样本（232 例健康对照、111 例 CD 患者）进行 scRNA-seq。代表性图谱队列由 70 例随机样本构成，基于 Wilcoxon 秩和检验鉴定各 cluster 的标记基因，并结合文献手动注释，共鉴定出 57 个独特细胞 cluster，包括上皮（肠上皮细胞、分泌细胞、干细胞）、免疫（T、B、浆 B、髓系细胞）与间充质三大谱系。

通过发现–验证队列比较，13 种细胞类型在 CD 中显著富集（FDR<5%，logFC>0）。其中 S100A8/9+ 单核细胞与 CXCL9/CXCL10+ 巨噬细胞在健康髓系中几乎不存在（<2%），而在疾病中分别升至 25% 与 7%，与其在病原与炎症反应中的已知角色一致；本研究还鉴定出 CD 特异性的肠上皮细胞（GPX2+ 祖细胞、IFI27+ 绒毛细胞），高表达 CEACAM20、REG1/3B、NOS2、HSD3B2 等抗菌肽与细胞因子应答元件，表明上皮细胞不仅是物理屏障，更是炎症级联的关键参与者。

为应对单细胞领域“可重复性危机”的质疑，343 例样本被随机分配至发现与验证队列，所有报告的分析均需在两个独立队列中同时显著。这一严谨设计成为后续可靠发现的基础。
 

图 1. 健康对照与 CD 患者回肠末端单细胞表达图谱

2. 上皮细胞 IFN–MHC-I 屏障应答
对不同细胞类型做差异基因表达分析，在发现队列、验证队列与全队列分别鉴定出 4,241、4,166 与 5,385 个差异基因（FDR<5%）。发现队列 仅44% 的DEG可以在验证队列的同细胞类型、同方向被重复验证，凸显了单队列研究的局限性与双队列设计的必要性。

对可重复性最高的 47 种细胞类型（Pearson R≥0.5）进行 GSEA分析，研究发现沿整个隐窝–绒毛轴的 12 种上皮细胞类型中 I 型干扰素（IFNα/β）信号普遍上调；leading-edge 基因包括 IFI27、HLA-A/B/C/E/F、IFITM3、PSMB8、STAT1、IRF1，在全部 12 种细胞类型中均差异表达。MHC-I 相关通路-抗原加工与交叉呈递、MHC-I 折叠组装与肽段装载、ER 吞噬体途径、内体空泡途径等，在上皮细胞中显著富集。按富集评分排序时，前 25 条中有 22 条为上皮相关的。

MHC-I 上调不仅存在于活动性炎症区域，在宏观炎症已消退的 CD 未发炎活检组织中依然持续存在，表明炎症在上皮祖细胞中留下了“分子疤痕”，可能通过增强抗原呈递持续参与局部免疫激活，为疾病复发提供细胞层面的解释。肠道类器官 IFNγ 刺激实验进一步验证了上皮固有的抗原呈递应答。
 

图 2. CD 上皮细胞中可重复的、富集 IFN 信号与 MHC-I 抗原呈递的 DEG 特征

3. ITGA4+ 巨噬细胞：JAK–STAT 信号与细胞因子的核心炎症驱动者
ITGA4（CD49d，炎症性肠病药物维多珠单抗的作用靶点）在两类髓系细胞中高表达：ITGA4+ 巨噬细胞与 CD163++ 巨噬细胞。发炎 CD 中，ITGA4+ 巨噬细胞显著增多，且DEG 可重复性最高（R=0.88）。GSEA 显示其富集于一系列白细胞介素通路（IL-6、IL-12、IL-23、IL-10、IL-1 等），主要由 JAK1/JAK2/TYK2 介导；JAK2 与 STAT1 为最显著高表达基因，并伴随 PTPN1/2 等 JAK–STAT 负调控因子。

这些细胞中，蛋白酶体（PSMA4/5）与免疫蛋白酶体（PSMB8/9）相关基因也存在显著上调。已知这些过程依赖 IFN 信号，提示 ITGA4+ 巨噬细胞在面向 CD8+ T 细胞的 MHC-I 呈递中扮演主动角色。综上，ITGA4+ 巨噬细胞是 CD 炎症中过度代表、并优先表达多种细胞因子信号通路的细胞群，可能是极具潜力的治疗靶点。
 

图 3. ITGA4+ 巨噬细胞在炎症期间上调细胞因子与蛋白酶体基因

4. IBD 风险基因的谱系特异性表达
全基因组关联研究（GWAS）已鉴定 300 多个炎症性肠病（IBD）易感区域。本研究比较了 57 种细胞类型中 45 个高置信度 IBD 效应基因的表达特异性评分，结果显示所有 8 大细胞群体均特异性表达至少一个 IBD 效应基因，表明 IBD 具有复杂的细胞架构。FUT2（其功能缺失会导致菌群失调，炎症易感性增加）在多种肠上皮与干细胞中（特异性>0.50）特异性表达，且随肠上皮细胞沿隐窝成熟而逐步下降；NOD2突变是西方人群中CD最强的遗传影响因素，该突变会损害髓系细胞对细胞内细菌的处理能力。本研究发现，NOD2在单核细胞（S100A8/9+和SOD2+）和未成熟巨噬细胞（如ITGA4+和CXCL9/10+细胞）中存在特异性表达（平均特异性=0.8），但在常驻巨噬细胞（如CD163+和CD163++细胞）中无此表达（平均特异性=0.2）。这些 NOD2+ 细胞同时也是 oncostatin M（OSM）的唯一来源（平均特异性≈0.9）,OSM 是潜在的 IBD 生物标志物与治疗靶点；其受体 OSMR 则特异性表达于间充质中的成纤维、内皮与周细胞亚群（特异性 0.74、0.72、0.67）。
 

图 4. IBD 风险基因在回肠末端细胞类型中呈谱系特异性表达

5. 单细胞分辨率遗传力分析：髓系与 T 细胞富集疾病遗传力
为超越差异表达、直接从遗传学角度验证细胞因果性，本研究将单细胞表达特异性与 CD、溃疡性结肠炎（UC）及 IBD 的全基因组遗传易感图谱进行了关联分析，并以身高与教育程度作为负对照。结果显示，仅有免疫细胞显示出 CD、UC 与 IBD 的遗传力富集。先天免疫中，S100A8/9+ 与 SOD2+ 单核细胞、CXCL9/CXCL10+ 巨噬细胞、CD163+/++ 细胞及 cDC1s 的特异性表达基因显著富集 CD 遗传力（family-wise error rate<5%）。这些结果既涵盖参与炎症反应的细胞（S100A8/9+ 单核细胞、CXCL9/CXCL10+ 巨噬细胞），也包括参与免疫耐受的细胞（CD163+ 巨噬细胞、cDC1s），提示二者均可能在 CD 发病中扮演因果角色。适应性免疫中，CD4+CXCR6+ 记忆 T 细胞、Treg、TRGC2+CD8+ T 细胞与 CD4−CD8− T 细胞的特异性基因富集 CD 与 UC 遗传力，而 CD8+ 组织驻留 T 细胞与 γδ T 细胞则特异性富集于 CD。这些结果从遗传学角度证实，炎症性单核/巨噬细胞不仅是炎症的下游执行者，更是疾病发生的上游驱动因素。
 

图 5. 髓系与 T 细胞富集疾病遗传力

参考文献：
[1] Krzak M, Alegbe T, Taylor DL, et al (2026) Single-cell RNA sequencing of terminal ileal biopsies identifies signatures of Crohn’s disease pathogenesis. Nat Genet 58:1610–1619. https://doi.org/10.1038/s41588-026-02634-7