MMP12被鉴定为巨噬细胞内在的纤维化驱动因子：抑制它可减少心肌纤维化并改善心脏传导
核心概要
研究利用髓系特异性Tsc2缺失小鼠（再现人类心脏结节病特征），通过单细胞RNA测序、生物信息学、组织病理学、小鼠与人类巨噬细胞体外功能实验及体内药物抑制，发现持续性mTORC1激活经TGF-β依赖的单核细胞分化途径在心脏中诱导出以Cd63、Spp1、Gpnmb、Fabp5为特征的纤维化巨噬细胞（FibMac）群体，并确定MMP12是该程序的内在诱导因子和主要效应分子：重组MMP12足以促使小鼠和人类巨噬细胞出现纤维化分化、聚集和上皮样特征，而选择性MMP12抑制可破坏肉芽肿结构、减少成纤维细胞活化、减轻心肌纤维化并改善心脏传导，人类心脏结节病组织中MMP12与FibMac标志物在肉芽肿内共定位
scRNA-seq reveals major changes in gene expression in macrophages. (A) Mechanism of TSC2 knockout model on mTORC1 signaling. The deletion affects only myeloid cells that express CD11c. (B) Picrosirius red staining of myocardium and epicardium showing extensive fibrosis between muscle fibers (one star) and epicardium (2 stars). (C) Immunofluorescence staining of a fibrotic scar forming around a Mac2-positive granuloma. Activated myofibroblasts produce and deposit large unorganized collagen fibers. (D) scRNA-seq of +/+ mice ( n = 3, mean age 41.6 weeks) and cre/+ mice ( n = 3, mean age 42 weeks) reveals 22 distinct cell populations. (E) Volcano plot of top DEGs in cluster 4 (FibMacs). (F) Uniform manifold approximation and projection showing expression of fibrogenic marker genes. (G) Expression of fibrogenic genes between control (+/+) and knockout mice (cre/+). Wilcoxon rank-sum test, **** P <.0001. (H) FGSEA results of upregulated genes in FibMacs. FGSEA analysis was performed on genes ranked by log fold change derived from pseudobulk DEG analysis. Gene sets containing 15 to 500 genes were included. P values were adjusted using the Benjamini–Hochberg FDR method, and pathways with FDR <0.05 were considered significant. The top 15 pathways ranked by NES are shown. (I) Immunofluorescence staining of CD68 and COX4, highlighting networks of mitochondria within granulomas (magnification 600×). Abbreviations: DEG, differently expressed gene; FDR, false discovery rate; FGSEA, functional gene set enrichment analysis; FibMacs, fibrogenic macrophages; NES, normalized enrichment score; NK, natural killer; scRNA-seq, single-cell RNA sequencing.
PubMed深度剖析
研究在心脏结节病模型中鉴定出一个纤维化巨噬细胞（FibMac）群体，其特征为Cd63、Spp1、Gpnmb、Fabp5表达，并在cre/+小鼠中占全部细胞的40%以上，同时伴随单核细胞增至约25%。 此前已在实验性和人类肺、肝纤维化中描述过表达Cd9、Cd63、Spp1、Gpnmb、Fabp5的纤维化巨噬细胞，但尚未在心脏结节病中定义这一群体及其来源。 基于6个样本（+/+ n=3；cre/+ n=3）的单细胞RNA测序，采用Louvain聚类和Wilcoxon秩和检验（FDR校正P<.05），并以免疫荧光验证GPNMB和SPP1在MAC2阳性巨噬细胞中的表达。
研究提出一条TGF-β和mTORC1驱动的单核细胞向FibMac分化轨迹，其终点是一个富含Spp1、Gpnmb、Mmp12、Cela1、Ctsk及胶原分解酶的晚期纤维化模块。 既往工作已提示mTORC1信号促进结节病肉芽肿形成和纤维化，但该信号状态如何转化为稳定的病理细胞身份此前尚未明确。 基于配体-靶基因分析（单核细胞来源TGF-β被预测为对FibMac基因表达影响最大的配体）、SPP1+巨噬细胞中核内pSMAD2/3强染色、轨迹推断与伪时间分析，以及基因表达模块分析。
MMP12被确定为巨噬细胞内在的诱导因子和主要效应分子：重组MMP12足以诱导纤维化标志物（SPP1、FABP5）并促进F-actin、γ-catenin、E-cadherin相关的上皮样特征和巨噬细胞聚集，而Mmp12基因缺失或药物抑制则削弱这些反应。 既往研究在肺结节病中观察到MMP12表达，并在碳纳米管和肺纤维化模型中提示其作用，但本研究将MMP12定位为赋予FibMac结构能力的上游驱动因子，而非分化的次级结果。 基于野生型骨髓来源巨噬细胞的重组MMP12刺激、Mmp12−/−与对照骨髓来源巨噬细胞的TGF-β刺激对比、Tsc2缺陷骨髓来源巨噬细胞的药物抑制，以及人外周血单核细胞来源巨噬细胞的实验。
在体内，两种选择性MMP12抑制剂（linvemastat口服灌胃3周、aderamastat每日两次共5周）减轻间质、血管周围和心外膜纤维化，减少αSMA+和FAPα+肌成纤维细胞，减少MAC2+和CD68+MMP12+巨噬细胞及巨噬细胞聚集，并在aderamastat治疗中显著缩短QRS间期，接近野生型小鼠的传导时间。 当前心脏纤维化策略多靶向成纤维细胞内在通路或广泛抑制上游炎症介质（如TGF-β），常伴随明显毒性；本研究提出靶向组织并维持纤维化微环境的免疫细胞效应分子这一替代思路。 基于两种抑制剂的小鼠体内给药实验、胶原沉积与肌成纤维细胞标志物的定量分析、巨噬细胞聚集的形态学定量，以及体表心电图（6个皮下电极，标准肢体导联）分析。
启示与展望
该结果适用于再现人类心脏结节病关键特征的髓系特异性Tsc2缺失小鼠模型，以及用于验证的人类心脏结节病组织和人外周血单核细胞来源巨噬细胞。它为后续研究开辟了方向：开展细胞类型特异性扰动实验，以厘清肉芽肿组织与纤维化重塑是机制耦合还是并行的MMP12依赖程序；在慢性、非自限性肉芽肿性炎症背景下检验MMP12作为限速节点的作用；并探索MMP12抑制是否可转化为心脏结节病及其他纤维化疾病的治疗策略。
肉芽肿组织与纤维化重塑在多大程度上是机制耦合、抑或代表并行的MMP12依赖程序，尚待细胞类型特异性扰动研究厘清。使用中年和老年小鼠模拟晚期疾病带来队列间的年龄异质性；尽管未观察到显著差异，年龄相关的免疫和纤维化反应差异仍不能完全排除。由于该模型由慢性mTORC1激活驱动，MMP12依赖效应在多大程度上依赖持续mTORC1信号仍有待完全界定。此外，本文为全文文本，但图与补充表未包含在加载内容中，因此具体效应量、样本量和统计细节只能依据正文描述而非图表本身来概括。