学术研究报告：气道基底干细胞通过Notch信号通路维持上皮内巨噬细胞功能及其在过敏性炎症中的作用

第一作者及机构
本研究的通讯作者为Ana Pardo-Saganta（德国吉森大学）和Benjamin D. Medoff（哈佛医学院麻省总医院），合作团队包括来自美国、德国、西班牙等多国研究机构的学者。研究预印本发布于bioRxiv（2024年6月26日），DOI: 10.¹¹⁰¹⁄₂₀₂₄.06.25.600501。

学术背景
本研究属于呼吸系统免疫与干细胞交叉领域，聚焦于气道基底干细胞（airway basal stem cells）与上皮内巨噬细胞（intraepithelial airway macrophages, IAMs）的相互作用机制。既往研究表明，基底干细胞通过分泌细胞因子参与免疫调控，但直接通过细胞接触调控免疫细胞的证据尚未明确。近期在小鼠气管中发现IAMs的存在，但其维持机制及功能意义未知。本研究旨在揭示基底干细胞是否通过Notch信号通路调控IAMs的功能分化，并探讨其在过敏性气道炎症（如哮喘）中的作用。

研究流程与实验设计
1. IAMs的表征与定位
- 研究对象：野生型（WT）小鼠气管组织。
- 方法：通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和免疫荧光染色，鉴定IAMs的转录特征（如高表达MHC II、CD11c、F4/80等巨噬细胞标志物，但缺乏树突状细胞标志物ZBTB46）。
- 关键发现：IAMs具有树突状形态，与基底干细胞紧密接触（平均每个IAM接触19±5个基底干细胞）。

1. 基底干细胞对IAMs的调控作用

   • 基因敲除模型：使用CK5-rtTA; TetO-Cre; p63fl/fl小鼠（CK5-p63）诱导性敲除基底干细胞，发现IAMs数量显著减少（15.1 vs. 40个/视野），但其他上皮细胞（如纤毛细胞、club细胞）未受影响。
     
   • Notch信号验证：通过Notch报告小鼠（CBF:H2B-Venus）和免疫染色，证实IAMs存在Notch2/3胞内域（N2ICD/N3ICD）的持续激活。
     

2. Notch信号的功能机制

   • 体外实验：小鼠气管外植体用γ-分泌酶抑制剂（DAPT/DBZ）阻断Notch信号后，IAMs的MHC II表达下降，增殖减少（Ki67+细胞比例从21.8%降至6.3%）。
     
   • 体内靶向干预：在CX3CR1-CreER; RBPJκfl/fl小鼠中特异性敲除IAMs的Notch通路，导致MHC II表达丧失，但细胞存活不受影响。
     

3. 基底干细胞来源的配体鉴定

   • DLL1的关键作用：通过CK5-CreER; DLL1fl/fl小鼠（CK5-DLL1）敲除基底干细胞的DLL1，IAMs功能受损；而敲除JAG2无此效应。
     

4. 过敏性炎症模型验证

   • 卵清蛋白（OVA）致敏模型：基底干细胞缺失或DLL1敲除小鼠的气管中，嗜酸性粒细胞浸润（减少50%）和黏液细胞化生（MUC5AC+细胞减少67%）显著减弱，但远端肺部炎症无变化，表明调控具有局部性。
     

5. 人类组织验证

   • 单细胞数据分析：人类气道中存在类似IAMs的巨噬细胞亚群（MAC2），表达Notch靶基因（HES1/HEYL）且与基底细胞相邻。
     
   • 免疫染色：哮喘患者气道中，Langerin+ MAC2细胞显示Notch激活。
     

主要结果与逻辑关联
- 结果1：IAMs依赖基底干细胞存活，且需Notch信号维持MHC II表达和增殖能力。
- 结果2：基底干细胞通过DLL1-Notch2/3轴直接调控IAMs，而非旁分泌信号。
- 结果3：IAMs功能缺陷导致局部（气管）而非全身性过敏性炎症减弱，提示“干细胞-免疫细胞微区室化”调控模式。
- 结果4：人类MAC2细胞与小鼠IAMs具有相似特征，为转化医学研究提供依据。

结论与意义
本研究首次揭示气道基底干细胞通过细胞接触依赖的Notch信号（DLL1-Notch2/3）维持IAMs的功能分化，并调控局部过敏性炎症。科学价值在于：
1. 机制创新：提出干细胞作为免疫细胞“生态位”（niche）的新概念，拓展了组织稳态中干细胞-免疫互作的认知。
2. 疾病关联：为哮喘等气道疾病的靶向治疗（如Notch通路调控）提供理论依据。
3. 转化潜力：人类IAMs类似细胞的发现支持小鼠模型到临床研究的桥梁作用。

研究亮点
1. 技术创新：结合单细胞测序、多色免疫荧光和原位功能验证，系统解析干细胞-免疫细胞互作。
2. 概念突破：揭示Notch信号的“持续激活”（tonic activation）对免疫细胞功能维持的必要性。
3. 临床相关性：阐明气道炎症的局部调控机制，为精准干预提供新靶点。

其他价值
研究还发现IAMs可能通过抗原提呈参与T细胞激活，未来可进一步探索其在感染或肿瘤免疫中的作用。局限性包括缺乏IAMs特异性Cre工具鼠，需开发更精准的靶向手段。