特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF）是一种致命的慢性肺部疾病，其特征是肺组织中成纤维细胞的异常活化和积累，导致过多的细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）沉积，最终破坏肺结构并损害呼吸功能。目前IPF的治疗选择有限，患者预后较差，因此深入理解其发病机制并寻找新的治疗靶点至关重要。在IPF的病理过程中，成纤维细胞被激活后获得侵袭性，能够侵入周围的ECM，这种侵袭行为依赖于一种称为“足体”（podosome）的特殊细胞结构。然而，调控足体形成和ECM侵袭的关键分子机制尚不明确。
为了解答这一问题，研究人员将目光投向了一种名为Versican（VCAN）的大分子软骨素硫酸盐蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycan, CSPG）。VCAN在胚胎发育和组织重塑中高表达，但其在成人肺纤维化中的具体作用存在争议。早期研究表明VCAN在IPF患者的纤维化区域表达升高，但其功能意义不明。本研究通过整合生物信息学分析、动物模型和细胞实验，系统探讨了VCAN在肺纤维化中的作用及其分子机制。
本研究主要运用了以下关键技术方法：1）生物信息学分析：利用公共转录组数据库（如Fibromine）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，分析人IPF和小鼠博来霉素（Bleomycin, BLM）诱导肺纤维化模型中VCAN及相关分子的表达谱；2）基因修饰小鼠模型：采用Vcan单倍体不足（Vcan+/-）小鼠和他莫昔芬诱导的全身性Vcan敲除小鼠，结合BLM诱导的肺纤维化模型，评估VCAN缺失对纤维化程度、炎症反应、肺功能及ECM组成的影响；3）体外细胞模型：分离原代小鼠肺成纤维细胞，通过转化生长因子-β（Transforming Growth Factor-β, TGF-β）刺激、脱细胞ECM（acellular ECM, aECM）培养、Transwell迁移/侵袭实验、免疫荧光染色等，研究VCAN对成纤维细胞活化、足体形成、胶原合成及信号通路的影响；4）多学科技术联用：包括质谱（Mass Spectrometry, MS）蛋白质组学分析ECM成分变化、原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）测量肺组织硬度、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察ECM超微结构、免疫金标记定位VCAN和TNC的空间分布，以及胶原浊度测定（turbidity assay）评估VCAN对胶原聚合的直接影响。人源样本包括经伦理批准的IPF患者肺组织切片。
肺纤维化中VCAN表达升高
通过分析多个公共转录组数据集，发现IPF患者肺组织中VCAN mRNA表达显著高于对照组，且与肺功能恶化相关。单细胞RNA测序显示VCAN主要在单核系细胞和成纤维细胞/肌成纤维细胞中表达，免疫组化证实VCAN蛋白在IPF肺纤维化区域（如增厚的肺泡隔和成纤维细胞灶边缘）富集。类似地，BLM诱导的小鼠肺纤维化模型中Vcan mRNA和蛋白表达亦增加，且与胶原基因（如Col1a1）上调同步。
纤维化刺激成纤维细胞表达VCAN
分离BLM处理小鼠的原代肺成纤维细胞，发现纤维化期（pBLM d14）细胞高表达Vcan、Col1a1和Tnc，并自发形成足体。TGF-β体外刺激可诱导正常成纤维细胞表达Vcan（以V0/V1亚型为主），同时促进透明质酸（Hyaluronan, HA）合成。将成纤维细胞培养于纤维化肺来源的aECM上，同样可诱导Vcan和Col1a1表达，表明纤维化ECM本身可驱动VCAN上调。
Vcan单倍体不足加剧肺纤维化
尽管VCAN在纤维化中表达升高，但Vcan+/-小鼠（VCAN表达量降至50%）在BLM攻击后表现出更严重的体重下降、肺水肿、胶原沉积和肺组织硬化（AFM证实），纤维化程度加重（H&E染色和微CT显示），且消退延迟。诱导性全身敲除VCAN模型重复了此表型，并伴有肺功能恶化，排除发育缺陷影响，证实VCAN对纤维化起抑制作用。
VCAN缺失通过改变ECM组成与结构促进纤维化
蛋白质组学分析发现，Vcan+/-小鼠肺中胶原、TNC、纤维蛋白原（Fibrinogen）等ECM成分表达进一步上调，且与蛋白聚糖结合、胶原稳态相关的通路富集。VCAN减少导致胶原纤维更密集、更粗（TEM显示），弹性纤维聚集，同时HA合成增加。机制上，VCAN直接抑制胶原聚合（浊度实验），而VCAN缺失则促进胶原交联和聚合。
VCAN调控成纤维细胞足体形成与ECM侵袭
Vcan+/-来源的成纤维细胞在无刺激情况下即高表达Col1a1、HA和Tnc，形成更多足体，黏附、迁移和侵袭能力增强。TGF-β刺激加剧这些表型。进一步实验表明，TNC是强效的足体诱导剂，其作用依赖于Toll样受体4（Toll-like Receptor 4, TLR4）和胶原受体DDR1；抑制TLR4或DDR1可阻断TGF-β/TNC诱导的ECM侵袭。VCAN缺失导致的胶原和TNC上调，通过激活DDR1和TLR4信号，促进足体形成和成纤维细胞侵袭。
成纤维细胞源ECM中VCAN调控自分泌活化
将野生型成纤维细胞培养于Vcan+/-成纤维细胞产生的aECM上，可诱导Col1a1、Tnc表达和足体形成，并改变细胞骨架排列（F-actin分析）。蛋白质组和TEM证实VCAN缺失导致ECM中胶原纤维密度和厚度增加，弹性纤维异常聚集，蛋白聚糖代谢紊乱。免疫金标记显示VCAN与胶原纤维共定位，而TNC在VCAN低表达ECM中富集。
本研究结论表明，VCAN在肺纤维化中表达上调是一种适应性抗纤维化反应。成纤维细胞源VCAN通过调节ECM组成（抑制胶原聚合和TNC表达）和结构（维持纤维网络有序性），抑制足体形成和成纤维细胞侵袭，从而限制纤维化进展。VCAN与胶原、TNC之间形成反馈调节环路：纤维化刺激（如TGF-β、胶原沉积）诱导VCAN表达，而VCAN反过来抑制胶原和TNC的致病作用。这一发现将VCAN确立为一种新型“纤维化制动器”（fibrotic brake），其作用具有情境和剂量依赖性。研究还提示TNC/TLR4轴是促进纤维化的关键通路，靶向该轴或为IPF治疗提供新策略。然而，VCAN在巨噬细胞等免疫细胞中的促炎作用提示其功能可能因细胞类型和病理阶段而异，需进一步研究。
