《Advanced Science》：Decoding the Cardiac Immune Microenvironment and Fibroblast Crosstalk in Radiotherapy Combined with Immunotherapy-Induced Cardiac Fibrosis Based on Single-Cell Transcriptomic Analysis
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放射治療（radiotherapy, RT）與免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor, ICI）的聯合應用（radioimmunotherapy）雖展現出顯著的抗腫瘤前景，但可能加劇心臟毒性。本研究基于單細胞轉錄組測序技術（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq），深入闡明了聯合治療誘導心臟纖維化的核心機制。研究發現，放療聯合PD-1抑制劑顯著加劇了心肌纖維化，并增強了成纖維細胞與免疫細胞（尤其是巨噬細胞）之間的交互。關鍵信號通路分析揭示，成纖維細胞來源的白細胞介素-6（interleukin-6, IL-6）信號在其中發揮了核心驅動作用。通過在患者血清、小鼠模型及IL-6基因敲除小鼠中進行驗證，進一步證實了該通路的關鍵性。最終，應用IL-6受體抑制劑托珠單抗（tocilizumab）可有效減輕急性心臟損傷、炎癥和纖維化，為緩解聯合療法的心臟毒性提供了新的治療靶點與思路。
本研究致力于揭示放療聯合免疫治療（radioimmunotherapy）導致心臟毒性的潛在機制，并探索相應的干預策略。研究首先通過臨床前模型證實，相較于單純放療（IR）或免疫治療（ICI），心臟照射聯合PD-1抑制劑治療（iRT）會加劇急性心臟損傷，并誘發隨時間加重的慢性心臟功能障礙與纖維化。組織學分析及生物標志物檢測均顯示，iRT處理組的小鼠心肌組織中膠原沉積增加，纖維化標志物α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin, α-SMA）、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）和膠原蛋白水平顯著升高。
為了在細胞和分子層面深入解析這一過程，研究團隊對干預后28天的小鼠心臟組織進行了單細胞轉錄組測序。分析共鑒定了包括神經元細胞、內皮細胞、成纖維細胞、壁細胞、心肌細胞、B細胞、T和NK細胞、中性粒細胞以及單核吞噬細胞在內的九種主要細胞類型。其中，成纖維細胞和單核吞噬細胞在iRT組中的比例顯著增加，提示它們在介導纖維化重塑中扮演關鍵角色。進一步的細胞間通訊分析揭示，在iRT組的心臟微環境中，成纖維細胞是最主要的信號發送者，而巨噬細胞和中性粒細胞是主要信號接收者。值得注意的是，IL-6/IL-6R信號通路被特異性激活，主要表現為成纖維細胞（發送IL-6）與巨噬細胞（表達IL-6R）之間的交互軸。
對成纖維細胞進行亞群分析，鑒定出七個不同的亞群，其中Pcdh9+亞群在iRT組中顯著擴增。功能分析表明，干預組（尤其是iRT組）的成纖維細胞高表達多種促纖維化因子和細胞外基質成分，呈現出強烈的促纖維化表型。它們通過分泌CXCL12、CXCL14、CCL2等趨化因子，以及TGFB、PDGFA等生長因子，與免疫細胞和其他基質細胞進行廣泛交流，共同驅動纖維化進程。
在免疫細胞方面，研究重點關注了巨噬細胞。scRNA-seq分析顯示，iRT組心臟中巨噬細胞比例增加，并且出現了促纖維化的Mmp12+和Mctp1+亞群。這些巨噬細胞高表達TGF-β1、PDGF、CCL2等因子。特別值得注意的是，表達CCR2的巨噬細胞（CCR2+）比例在干預后增加，并且這群細胞展現出更強的促纖維化特征，表明CCL2/CCR2軸在巨噬細胞招募和活化中起重要作用。
通過分析差異表達基因的動態趨勢，研究人員發現IL-6是成纖維細胞中表達持續上調的關鍵分子。進一步定位顯示，IL-6主要來源于心臟成纖維細胞，且其表達水平從對照組到iRT組逐步升高。將成纖維細胞分為IL-6+和IL-6-亞群后發現，IL-6+成纖維細胞具有更強的促纖維化特征，并且與巨噬細胞（特別是CCR2+巨噬細胞）之間存在密切的相互作用。機制上，IL-6通過激活JAK2/STAT3信號通路來促進成纖維細胞自身的活化和纖維化相關基因的表達。
為了驗證IL-6的關鍵作用，研究使用了IL-6基因敲除小鼠模型。與野生型小鼠相比，接受聯合治療的IL-6敲除小鼠心臟中的細胞外基質沉積和免疫細胞浸潤顯著減少，纖維化相關蛋白表達水平下降。更重要的是，研究評估了IL-6受體抑制劑托珠單抗的治療潛力。在野生型小鼠模型中，托珠單抗干預有效改善了聯合治療引起的小鼠體重下降，降低了血清心臟損傷標志物（cTnI和NT-proBNP）水平，減輕了心臟功能障礙，并顯著抑制了心肌炎癥和纖維化。
單細胞轉錄組分析進一步證實，托珠單抗治療后，心臟中IL-6+成纖維細胞的比例和促纖維化分子表達均下降，巨噬細胞（尤其是CCR2+亞群）中IL-6R的表達也降低，并且IL-6介導的成纖維細胞-巨噬細胞激活信號被顯著抑制。此外，在路易斯肺癌荷瘤小鼠模型中的實驗表明，托珠單抗聯合治療在減輕心臟纖維化的同時，并未削弱抗腫瘤療效，反而可能增強了療效。
最后，本研究還將基礎研究發現與臨床數據相關聯。對接受胸部放療的惡性腫瘤患者血清進行分析發現，放療后以及接受放療聯合免疫治療的患者，其血清IL-6水平均較治療前顯著升高，這為IL-6在臨床相關心臟毒性中的作用提供了支持。
綜上所述，本研究系統闡明了放療聯合免疫治療誘導心臟纖維化的復雜細胞與分子機制，核心在于成纖維細胞與免疫細胞（特別是巨噬細胞）之間通過IL-6信號介導的異常交互。靶向IL-6/IL-6R軸（如使用托珠單抗）能夠有效緩解這一過程，為預防和管理這種聯合療法帶來的心臟不良反應提供了新的潛在治療策略。
