《Advanced Science》：Spatial Transcriptomics of TMJ Reveals a Remodeling Fibroblast-Immune Microenvironment Driving Arthritis Pain
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本刊推薦：這項研究通過seqFISH空間轉錄組技術首次繪制了小鼠顳下頜關節（TMJ）的單細胞空間圖譜，揭示了關節炎狀態下Igf1-Il33軸介導的巨噬細胞-成纖維細胞互作新機制。研究者發現巨噬細胞特異性敲除Igf1會促進炎癥激活并上調成纖維細胞Il33表達，而靶向干預該通路可有效緩解關節炎癥和疼痛，為TMJ關節炎提供了新的治療靶點。
引言：探索顳下頜關節關節炎的細胞微環境
顳下頜關節（TMJ）作為人體最復雜的關節之一，其關節炎導致的疼痛和功能障礙嚴重影響患者生活質量。與肢體關節不同，TMJ纖維軟骨起源于神經嵴而非中胚層，且含有I型和II型膠原的特殊組成，使其具有獨特的生物學特性。由于人類TMJ組織樣本獲取困難，研究者通過建立CFA（完全弗氏佐劑）誘導的小鼠TMJ關節炎模型，利用前沿的seqFISH（順序熒光原位雜交）空間轉錄組技術，在保留組織空間結構的前提下實現了單細胞水平的基因表達分析。
seqFISH技術揭示TMJ細胞圖譜
研究團隊首先通過對正常小鼠TMJ進行96個標記基因的seqFISH分析，成功識別了45,036個高質量細胞，涵蓋了成纖維細胞（Prg4+/Thy1+）、骨軟骨細胞（Sox9+/Acan+）、巨噬細胞（Cd68+）等主要細胞類型。特別值得注意的是，研究發現Thy1和Ptn在纖維軟骨增殖區共定位，Dpp4陽性細胞與Tnmd+肌腱細胞相鄰，提示這些分子可能分別標記纖維軟骨前體細胞和肌腱前體細胞。
關節炎狀態下的細胞動態變化
在CFA誘導的關節炎模型中，研究者觀察到巨噬細胞、成纖維細胞和內皮細胞數量顯著增加，同時出現T細胞、B細胞和肥大細胞等新型免疫細胞浸潤。空間分析顯示血管內皮細胞高表達Vcam1和Icam1，形成反應性內皮小靜脈（REVs），而淋巴管內皮細胞（LECs）表達炎癥標志物Ptx3。細胞外基質成分Col1a1和Tnc的異常表達表明關節組織向纖維化方向發展，Masson三色染色進一步證實了ECM過度產生。
滑膜微環境重塑的核心發現
通過Squidpy軟件進行空間鄰域分析，發現關節炎狀態下巨噬細胞和成纖維細胞的中心度顯著提升。基因表達譜顯示關節炎滑膜巨噬細胞高表達Tnfα、Sema4d等炎癥因子，而成纖維細胞則上調Il33、Ccl2等細胞因子。人類TMJ滑膜組織驗證顯示CD68+炎癥巨噬細胞與PDGFRα+成纖維細胞空間毗鄰，且IL-33在成纖維細胞中表達升高。
Igf1-Il33軸的機制探索
機制研究發現，巨噬細胞特異性敲除Igf1（Cx3cr1CreERT2;Igf1fl/fl）會導致Il1b+炎癥巨噬細胞增加，CD206+抗炎巨噬細胞減少，同時伴隨PDGFRα+成纖維細胞和TUBB3+神經纖維的擴張。體外實驗證實M1型巨噬細胞條件培養基可顯著上調成纖維細胞Il33表達。反之，成纖維細胞特異性敲除Il33（PdgfraCreERT2;Il33fl/fl）可降低巨噬細胞和中性粒細胞的炎癥狀態。
疼痛行為的干預驗證
通過可注射緩釋水凝膠（DISHGel）局部遞送IGF1蛋白，顯著改善了CFA誘導的小鼠咬合力和頭部撤回閾值。基因敲除實驗進一步證實，成纖維細胞Il33缺失可通過減少神經支配顯著緩解疼痛行為，表明靶向該通路具有治療潛力。
技術突破與臨床意義
本研究通過優化脫鈣方案（0.5M EDTA，pH8.0）成功將空間轉錄組技術應用于骨組織，解決了礦物化組織RNA保存的技術難題。發現的Igf1-Il33信號軸不僅闡明了TMJ關節炎中細胞互作的新機制，也為開發精準治療策略提供了理論依據。未來研究可進一步探索機械應力模型中的細胞微環境變化，以及更多配體-受體互作在疼痛產生中的作用。
該研究通過整合空間轉錄組學、遺傳學操作和行為學分析，多維度揭示了TMJ關節炎的細胞分子機制，為理解關節疾病中細胞微環境重塑提供了新的范式。
