皮肤来源的髓系前体细胞与关节驻留成纤维细胞共同介导银屑病从皮肤向关节的扩散

时间：2026年1月4日

来源：Nature Immunology

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本文揭示银屑病炎症从皮肤扩散至关节的新机制：皮肤来源的CD2+MHC-II+CCR2+髓系前体细胞迁移至关节，而关节驻留的CD200+成纤维细胞通过CD200–CD200R1免疫检查点轴调控其炎症活性，二者共同决定关节炎是否发生。该发现为银屑病关节炎（PsA）的预防和治疗提供了新靶点。

皮肤源性髓系前体细胞与关节驻留成纤维细胞共同介导银屑病从皮肤向关节的扩散

引言

银屑病是一种免疫介导的炎症性疾病，其特征是皮肤和关节的炎症。大约80%的个体中，皮肤炎症（银屑病）通常先于关节炎症（银屑病关节炎，PsA）发生，约有30%的银屑病患者会发展为关节炎。这种序贯进展提示皮肤与关节之间存在机制上的联系，但其潜在机制尚不清楚。在分子水平上，银屑病与白细胞介素-23/白细胞介素-17（IL-23/IL-17）信号通路以及肿瘤坏死因子（TNF）的活性增加有关。尽管中和这些细胞因子能有效缓解银屑病症状，但这些疗法并未阐明炎症如何从皮肤扩散到关节。

IL-23诱导的银屑病驱动白细胞从皮肤迁移至关节

为了解析银屑病中的皮肤-关节轴，研究人员在易发生关节炎的BALB/c品系和具有关节炎抗性的C57BL/6品系小鼠中引入了IL-23过表达（IL-23OE）模型。两种品系的小鼠在IL-23OE后3天内均出现了典型的银屑病症状，包括鳞屑和表皮增生。然而，只有在BALB/c小鼠的踝关节中观察到早期炎症迹象，并在第21天进展为炎症性关节炎，而C57BL/6小鼠则未发生关节炎。两者均因破骨细胞活化增强而出现系统性骨丢失，但只有患有关节炎的小鼠出现骨增殖性病变。这表明建立了一个模拟人类银屑病二分性的模型系统，可用于识别与炎症从皮肤扩散到关节相关的分子差异。

为了追踪皮肤来源细胞的再循环，研究人员使用了光转换Kaede^tg小鼠和光片显微镜检查踝关节。IL-23OE诱导了细胞从皮肤向踝关节的显著迁移，这些细胞定位于Kager's脂肪垫和滑膜。出乎意料的是，这种迁移在易发关节炎的BALB/c品系和具有关节炎抗性的C57BL/6品系中是相当的。通过流式细胞术定量分析踝关节组织中光转换的皮肤来源Kaede^RED细胞随时间的迁移情况，发现迁移仅限于CD45⁺白细胞，最早在第4天开始增加，在第7天达到峰值，随后下降。成像流式细胞术分析显示，踝关节中存在CD3⁺T细胞、B220⁺B细胞以及CD11b⁺（CD3⁻B220⁻）髓系细胞从皮肤播散而来。出乎意料的是，髓系细胞约占迁移细胞的85%，且在两种品系中比例相似。Kaede^GREEN和Kaede^RED蛋白均匀的胞质分布排除了髓系细胞间通过吞噬体清除转运Kaede^RED蛋白导致关节中Kaede^RED信号的可能性。

白细胞沿皮肤-关节轴的迁移以髓系细胞为主

观察到银屑病皮肤来源的细胞迁移本身并不能预测随后关节炎的发生，研究人员旨在详细分析皮肤来源和关节浸润的白细胞。他们生成了皮肤和关节驻留的Kaede^GREEN白细胞（CD45⁺）、基质细胞（CD45⁻）以及迁移的Kaede^RED白细胞（CD45⁺）的综合单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集。使用均匀流形近似与投影（UMAP）进行可视化，证实关节中大多数迁移的Kaede^RED白细胞属于髓系吞噬细胞簇。随后的聚类分析识别出五个不同的亚群，包括MHC-II⁻衬里层巨噬细胞、Hmox1⁺巨噬细胞、Cd163⁺Lyve1⁺抗炎巨噬细胞、Aqp1⁺巨噬细胞和MHC-II⁺（H2⁺）吞噬细胞。其中三个亚群，即Hmox1⁺巨噬细胞、Cd163⁺Lyve1⁺抗炎巨噬细胞和H2⁺吞噬细胞，在迁移的Kaede^RED细胞中显著富集。然而，它们的丰度在两个小鼠品系之间没有差异，这证实了迁移本身不足以驱动炎症从皮肤扩散到关节。

CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞是皮肤来源的关节侵袭细胞

为了更好地表征Kaede^RED髓系区室，研究人员使用免疫基因组计划（Immunological Genome Project）单核吞噬细胞数据集进行了基于参考的注释，识别出单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞（DCs）。然后使用CellRank检查了Kaede^RED吞噬细胞的转录动力学和分化潜能，结合RNA velocity估计的转录周转和转录相似性。CellRank在这些细胞中识别出几个宏观状态，但仅将H2⁺前体细胞识别为唯一具有分化为H2⁺吞噬细胞、Hmox1⁺和Cd163⁺Lyve1⁺巨噬细胞潜能的初始状态，这与CellRank辅助的伪时间估计完全一致。因此，研究人员将H2⁺吞噬细胞进一步亚聚类为H2⁺DCs、H2⁺巨噬细胞和H2⁺髓系前体细胞。在H2⁺吞噬细胞中，H2⁺髓系前体细胞可通过Cd2和Ccr2的表达来区分，因此将其称为CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞。基因本体生物过程（GO-BP）富集分析显示，与关节中其他亚群相比，CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞中迁移相关通路显著富集。类似地，与驻留的Kaede^GREEN群体相比，迁移的Kaede^RED吞噬细胞表现出更高丰度的趋化性和迁移相关条目。

基于CellRank和GO-BP富集分析，研究人员假设CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞群体起源于皮肤。利用关节CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞的转录谱，通过UCell对皮肤髓系区室进行评分，在皮肤的单核细胞中识别出了这些髓系前体细胞。皮肤中的CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞显示出与细胞迁移相关的GO-BP条目的显著富集。

为了独立于Kaede^tg系统确认CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞在皮肤和关节之间的细胞运输，研究人员开发了一种流式细胞术策略来检测关节和皮肤中CD11b⁺MHC-II⁺细胞中的CD2⁺细胞。与未处理的小鼠相比，IL-23OE在第4天和第7天诱导了BALB/c小鼠皮肤和关节中CD2⁺MHC-II⁺髓系前体细胞的显著扩增。值得注意的是，BALB/c和C57BL/6近交系之间未观察到差异。在IL-23OE后，骨髓或小肠中未观察到CD2⁺MHC-II⁺髓系前体细胞的显著增加。由于这两个器官都受到IL-23OE的影响，这一发现支持了皮肤是关节中这些细胞来源的概念。

白细胞迁移在小鼠和人类中是保守的

接下来，研究人员通过整合滑膜组织（健康N=3，PsA N=5）的单细胞RNA测序数据集，探究人类中是否存在类似的迁移机制。通过无监督聚类将髓系细胞亚聚类为11个不同的细胞身份，并根据其基因表达谱进行标记。使用单细胞注释变分推断（scANVI）整合和参考映射，旨在髓系区室内找到生物学相关的人鼠同源群体。除了小鼠和人类的DC亚群外，研究人员观察到小鼠CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞与人类CCR2⁺单核细胞亚群之间的共现程度最高。人类CCR2⁺单核细胞表达CD2和HLA-DR，与小鼠CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞一致。使用UCell对小鼠髓系细胞进行人类髓系前体特征的反向检测，证实了人与小鼠CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞之间的高度相似性。

为了将CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞追踪到皮肤，研究人员将人类滑膜髓系细胞簇整合到现有的皮肤髓系细胞单细胞RNA测序数据集中（包含健康供体N=5、银屑病患者N=3和特应性皮炎（AD）患者N=4的样本）。使用scANVI转移将滑膜髓系特征映射到预注释的真皮髓系细胞，揭示了滑膜CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞与原本称为“炎症巨噬细胞”的真皮髓系细胞之间存在高度共现。

在人和小鼠的皮肤和滑膜中观察到CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞的同源群体后，研究人员试图在人类中追踪它们在这两个组织之间的迁移。他们假设，从皮肤迁移到关节的细胞会表现出比驻留细胞或来自两个器官内不同来源的细胞显著更高的共享体细胞线粒体突变流行率。研究人员生成了三个匹配的个体（早期PsA N=1，有发展为PsA风险的银屑病N=2）的皮肤和关节组织的单细胞RNA测序数据集。此外，使用线粒体改变富集从单细胞转录组建立亲缘关系（MAESTER）方法，特别富集并测序了线粒体转录本的cDNA，以检测线粒体体细胞突变。使用保守的质量和特异性阈值进行信息性变异检测，在皮肤和滑膜之间识别出中位数为12个共享变异。这些变异大多数存在于髓系细胞中，少数存在于T细胞中。值得注意的是，CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞表现出最高的保守体细胞线粒体突变富集。考虑到方法学可能偏向于髓系细胞（鉴于其推测更短的寿命和近期源于骨髓前体，这可能导致体细胞变异更好地保存），研究人员分析了浸润滑膜的S100A12⁺⁺单核细胞，发现它们与CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞相比共享变异更少，与T细胞相当。对滑膜髓系簇基于共享变异程度进行排序（包括和排除与皮肤共享的变异），使用基于图谱的谱系追踪，在包含保守的皮肤变异时，将CD2⁺⁺MHC-II⁺⁺CCR2⁺⁺髓系细胞识别为最早的前体细胞。该分析还证实了其他关节髓系簇中的共享变异源自CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞，排除了其他迁移来源。为了排除选择信息性变异的标准影响结果的可能性，研究人员进行了迭代分析，为每个选择标准定义可变范围。正如预期，髓系细胞在100%的迭代中 consistently 表现出与皮肤细胞最高数量的共享变异。在髓系簇内，CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞在大约70%的迭代中 consistently 排名第一。这些结果共同证明了人类CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞同源物的存在及其在皮肤和滑膜之间保守的迁移。

疾病特异性扩增的髓系前体细胞

研究人员探究了疾病背景是否影响人类受累器官中CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞的数量。与小鼠中的观察一致，研究人员发现与健康对照个体相比，PsA个体的滑膜组织中CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞显著增加。这种增加在有发展为PsA风险的银屑病个体中也很明显。相比之下，来自初治类风湿关节炎（RA）个体的滑膜髓系细胞在其前体细胞中未表现出任何CD2表达。这突出了CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞独特的疾病特异性和皮肤特异性特征。

在人类皮肤中，银屑病患者的CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞显著多于健康对照个体。作为概念验证，在病因与银屑病不同的特应性皮炎（AD）中未观察到CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞的显著增加。这些发现证实了CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞在皮肤和滑膜组织中的共现，其在病理条件下增加，与小鼠中的观察一致。

最后，为了支持它们沿皮肤-关节轴迁移的假设，研究人员测试了皮肤播散的再循环前体细胞是否可在人类外周血单核细胞（PBMC）组分中检测到。研究人员将滑膜组织髓系细胞的单细胞RNA测序数据集与现有的PBMC数据集（来自健康供体N=20和银屑病患者（银屑病N=24；PsA N=19））进行整合。除了基因表达数据，该数据集部分包含蛋白质组学数据，允许基于抗体染色的表面标记区分细胞。使用scANVI将滑膜注释转移到PBMC的基于蛋白质组学的预注释上，揭示了滑膜CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞与CD14⁺血液单核细胞之间的高度共现。映射的滑膜CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞在CD14⁺血液单核细胞中形成一个亚群，揭示了一个可被抗体识别的CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞的独特群体。比较不同条件下髓系群体的丰度显示，PsA患者血液中CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞增加。总之，研究人员提供了证据表明CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞不仅在循环中，而且在银屑病患者的皮肤和滑膜组织中增加，完全反映了动物模型中的观察结果。

关节成纤维细胞影响皮肤来源单核吞噬细胞的活化

由于CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞是一个相当动态的群体，在到达关节后分化为几个亚群，研究人员想知道局部组织微环境是否影响这一过程。使用基于轨迹的差异表达分析（tradeSeq），研究人员比较了CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞在BALB/c和C57BL/6小鼠之间随伪时间的基因表达谱变化。在具有关节炎抗性的C57BL/6小鼠中观察到最小变化，而BALB/c小鼠显示出与基线更大的偏离。差异动态基因的GO-BP分析揭示了与具有关节炎抗性的C57BL/6小鼠相比，BALB/c小鼠中几个促炎通路的存在。相应地，用UCell对髓系吞噬细胞簇进行促炎和抗炎反应评分显示，来自BALB/c小鼠的Kaede^RED细胞促炎反应更高，而来自C57BL/6小鼠的Kaede^RED细胞抗炎反应更高。主要由衬里层和Aqp1⁺巨噬细胞组成的Kaede^GREEN区室在两种背景品系中均未显示显著的抗炎或促炎活化。这些分析首先证明皮肤来源的Kaede^RED细胞是炎症的关键调节者，其次，关节微环境在引导该区室向促炎或抗炎活化中起关键作用。

因此，研究人员使用CellChat探索迁移的前体细胞与其局部微环境之间的相互作用，揭示了Kaede^RED吞噬细胞与微环境之间在两种品系中均存在强大的通信概率。Kaede^RED迁移细胞的整体通信强度高于Kaede^GREEN驻留细胞。最强的通信概率发现于Kaede^RED吞噬细胞和成纤维细胞之间，并且预测C57BL/6小鼠中的相互作用强于BALB/c小鼠。为了解析推定的相互作用伙伴，研究人员根据之前的报告对关节中的成纤维细胞区室进行了亚聚类。识别出滑膜衬里和衬下成纤维细胞，后者被亚聚类为Thbs1⁺、Il6⁺、Cd200⁺和Pi16⁺成纤维细胞，以及软骨细胞和成骨细胞。观察到成纤维细胞和Kaede^RED吞噬细胞之间存在高相互作用概率后，研究人员使用UCell对C57BL/6小鼠与BALB/c小鼠相比成纤维细胞特异性差异表达基因进行评分。Cd200⁺成纤维细胞显示出最高评分，认为该群体是微环境中的关键决定因素。MELD分析显示，Cd200⁺成纤维细胞在C57BL/6小鼠中比在BALB/c小鼠中更可能被发现。最后，研究人员使用流式细胞术定量关节中CD200⁺成纤维细胞（CD45⁻CD31⁻PDPN⁺PDGFRα⁺CD200⁺THY1⁺CD49f⁻）在IL-23OE前后第7天的丰度。与单细胞RNA测序数据集一致，研究人员在BALB/c小鼠中观察到IL-23OE后CD200⁺成纤维细胞显著减少，但在C57BL/6小鼠中未观察到。这种减少与迁移峰值时间相吻合。这些发现共同表明，关节炎不仅受CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞从皮肤向关节迁移的控制，也受关节中CD200⁺成纤维细胞的调控。

CD200–CD200R1轴控制关节炎的发生

CD200已知与四种不同的受体相互作用，其中编码CD200R1的基因在小鼠单细胞RNA测序数据集中表达最丰富。与之前报告一致，研究人员在少量T细胞和2型先天淋巴样细胞（ILC2s）及髓系细胞中发现了Cd200r1转录本。特别是，数据集在髓系细胞中的高细胞分辨率允许更详细地分析该区室中的表达，研究人员在CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞中观察到Cd200r1转录本的丰度最高。背景品系之间的表达没有显著差异。在功能上，当研究人员将骨髓单核细胞与滑膜成纤维细胞共培养，并使用抗CD200单克隆抗体（OX-90）阻断CD200–CD200R1相互作用时，观察到骨髓单核细胞中促炎表型的诱导，伴有更高的Il1b、Il6和Tnf表达。这些发现表明CD200⁺成纤维细胞通过CD200–CD200R1轴在关节中形成保护性屏障。

为了进一步验证这一假设，研究人员采用了四种不同的方法。首先，检验增加迁移细胞数量是否会放大炎症。为此，他们在IL-23OE第7天从BALB/c小鼠中分离皮肤来源的CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞进行过继转移。他们还分离了一个对应于关节中Kaede^RED群体的CD11c⁻CCR7⁻CLEC10A⁺CD11b⁺巨噬细胞群体。分选的细胞在IL-23OE第7天重新引入BALB/c小鼠的踝关节，以与CD200⁺成纤维细胞减少相吻合，并增加关节中迁移细胞的库量。在第14天通过组织学和MRI评估炎症水平。过继转移导致在这个早期时间点关节炎严重程度增加，突出了CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞在易发关节炎环境中的关键促炎作用。其次，研究人员在具有关节炎抗性的C57BL/6近交系中使用IL-23OE，并每隔一天用抗CD200处理（OX-90）进行干预，以阻断驻留CD200⁺成纤维细胞对皮肤来源前体细胞的抑制。在阻断CD200后，最初具有关节炎抗性的动物在第21天出现了关节炎症，支持了CD200⁺成纤维细胞与迁移的CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞相互作用的关键守门作用。第三，研究人员使用局部咪喹莫特诱导BALB/c小鼠皮肤银屑病，这是一个局部受限的模型，以在独立于系统性IL-23OE的模型中检验假设。使用该模型，研究人员在第7天观察到关节中CD2⁺MHC-II⁺CCR2⁺髓系前体细胞增加，但CD200⁺成纤维细胞没有减少。再次，他们每隔一天用抗CD200处理（OX-90）进行干预，以阻断驻留CD200⁺成纤维细胞对皮肤来源前体细胞的抑制。与第二种方法一致，在第21天，只有接受阻断抗体的动物出现了关节炎症。第四，研究人员在易感关节炎的BALB/c近交系中使用IL-23OE，并从第7天开始每5天用激动性抗CD200R1处理（OX-110）进行干预，以恢复驻留CD200⁺成纤维细胞对皮肤来源前体细胞的抑制。在用激动性抗CD200R1治疗后，第21天关节炎显著减轻，支持了CD200介导的关键抗炎信号。

髓系前体细胞激活滑膜T细胞

为了验证小鼠中的观察结果，研究人员分析了人类单细胞RNA测序数据库中CD2⁺MHC-II⁺CCR2