单细胞转录组+ATAC双组学解码过敏性鼻炎：上皮-基质互作失衡机制

过敏性鼻炎AR影响全球超5亿人30%–40%患者对现有药物反应不佳。既往单细胞研究多聚焦免疫细胞而上皮、基质等非免疫细胞的作用尚不清晰关键在于单细胞转录组scRNA-seq仅反映基因表达水平无法揭示其表观调控“开关”——这正是单细胞ATAC测序scATAC-seq的独特价值。近期《JACI》IF11.7发表一项研究《Decoding the epithelial-stromal interactome in allergic rhinitis through single-cell multi-omics integration》对39例受试者AR 24例对照15例鼻黏膜同步进行scRNA-seq与scATAC-seq构建超100万细胞图谱首次揭示AR中“上皮受损—基质异常激活”双向恶性循环并开发深度学习模型scMARIA整合多组学数据实现单细胞级AR风险与临床指标预测为靶向组织重塑的新疗法提供机制框架。研究思路研究发现1 鼻黏膜单细胞图谱AR组上皮、基质区室转录差异最显著scRNA-seq获588,526个高质量细胞聚类鉴定7大类15亚群细胞比例统计检验显示AR组基底、分泌细胞比例下降成纤维细胞上升差异表达分析显示上皮与基质区室转录差异最突出是核心战场。02 上皮细胞异质性解析Club细胞比例下降与分化异常上皮细胞重聚类为14个亚型比例检验显示Club细胞在AR显著减少差异表达分析显示KRT4/KRT13下调、SOX21上调GSEA提示凋亡/EMT/TNF-α通路激活拟时序分析追踪分化轨迹偏移配体-受体互作分析显示Club细胞与其他亚群通讯增强。03 基质细胞异质性解析活化周细胞减少及POSTN与临床指标相关性基质细胞重聚类为12个亚型scCODA及Wilcoxon检验显示活化周细胞、Fibro_CXCL2显著减少差异表达发现POSTN、FADS1上调相关性分析显示活化周细胞比例与IgE、VAS负相关POSTN表达与临床指标正相关。04上皮-基质细胞通讯网络炎症与血管重塑相关信号通路上调配体-受体互作打分比较AR/NAR组间通讯强度发现上皮-基质互作整体增强Basal_HIF2A与Club细胞、Fibro_CXCL2最突出按信号通路分类后CCL2、CXCL8/CXCL12、DLL1-NOTCH3、VEGFA/B-FLT1广泛上调指向炎症放大—血管重塑机制。05 单细胞表观组图谱及SOX21的转录-表观协同变化与实验验证scATAC-seq获435,620细胞、282,335个染色质峰ChromVAR做motif富集分析。联合转录组与表观组发现SOX21、ISYNA1在AR基底细胞中表达与染色质开放性同步上升进一步用免疫荧光染色10例患者切片验证SOX21蛋白在KRT5基底细胞中增多完成从组学到湿实验的闭环。06 基因调控网络分析鉴定SMAD3、TWIST1等亚型特异性转录因子SCENIC整合双组学构建728个eRegulon鉴定基底细胞新调控因子SMAD3AUC活性评分比较显示成纤维细胞SHOX2、TWIST1在AR显著升高下游靶基因CCL19、PRRX2同步上调。07 scMARIA深度学习模型单细胞级AR风险预测与临床参数回归二分图匹配算法整合490,702对scRNA-scATAC细胞训练Transformer模型scMARIA实现单细胞级AR风险预测AUROC 0.722-0.855纤维、基底、分泌细胞准确率超80%临床参数回归上与XGBoost及伪bulk模型对比性能更优Integrated Gradient筛选出444基因/56峰核心特征集并以SOCS3为例展示细胞类型特异性的调控峰-基因连接。研究总结本研究核心价值在于把scRNA-seq与scATAC-seq合二为一单看转录组只能观察哪些基因变了联合ATAC才能回答为什么会变、是哪个调控开关被打开的两者相互印证大大提升结论可靠性。基于这套联合分析思路研究将AR病理认知从免疫异常拓展到上皮-基质互作失衡新维度提出Club细胞功能异常、基质促炎重塑及二者正反馈环路是AR核心机制并首次贯通转录组、表观组、深度学习构建出可预测疾病状态与临床指标的scMARIA模型为开发非免疫靶向疗法提供新方向。 参考文献Liu Z, Wu Y, Han S, et al. Decoding the epithelial-stromal interactome in allergic rhinitis through single-cell multi-omics integration. J Allergy Clin Immunol. 2026.