鼻窦炎与您的季节性过敏的平均情况不同。它导致鼻窦发炎和肿胀，持续数月至数年，导致呼吸困难和其他症状，使患者感到痛苦。在某些人中，这种情况也会产生称为鼻息肉的组织生长物，当病情严重时，必须通过外科手术切除。
 
通过对来自人类患者的数千个单细胞进行全基因组分析，麻省理工学院和布莱根妇女医院的研究人员在炎症期间创建了人类屏障组织的第一个全球细胞图谱。对这些数据的分析使他们提出了一种新的机制，可以解释维持慢性鼻窦炎的原因。
 
他们的研究结果还解释了为什么一些鼻窦炎患者会出现鼻息肉，这是由呼吸道上皮细胞引起的。此外，他们的研究可能对研究人员如何思考和治疗屏障组织的其他慢性炎症性疾病（如哮喘，湿疹和炎症性肠病）有更广泛的影响。
 
“我们在上皮细胞亚群中发现了大量的基因表达差异，这些细胞先前已经在大量组织分析中被掩盖了，”辉瑞-劳巴赫职业发展助理教授，麻省理工学院医学工程研究所核心成员Alex K.Shalek说。和科学（IMES），以及科赫综合癌症研究所的校外成员，以及Ragon和Broad研究所的准成员。
 
Shalek说：“当你观察整个转录组时，将不同疾病状态的患者细胞与数千个基因进行比较，你就可以开始了解它们之间的关系，并发现哪些转录程序取代了常见的转录程序。”
 
这篇论文的主要作者出现在8月22日出版的“自然”杂志上，他是由奥多·鲁顿癌症研究基金会支持的IMES博士后研究员何塞·奥多瓦斯-蒙塔内斯，以及布莱根妇女医院研究员丹尼尔·德怀尔。Shalek和Brigham and Women的医学助理教授Nora Barrett是该论文的资深作者。
 
临床单细胞RNA测序
 
去年，Shalek和他的同事开发了一种新的便携式技术，可以从微小的临床样本中快速测序数千个单细胞的RNA含量。这项名为Seq-Well的技术使研究人员能够了解转录程序在单个细胞内的转换程度，让他们深入了解这些细胞的特性和功能。
 
在他们的最新研究中，麻省理工学院和布莱根妇女研究人员将这项技术应用于患有慢性鼻-鼻窦炎的患者的上呼吸道细胞，假设上皮细胞内不同的基因表达模式可能揭示出为什么有些患者会发生鼻息肉。别人不这样做。
 
该分析揭示了来自患有和不患有鼻息肉的患者的基底上皮细胞（一种组织干细胞）中表达的基因的显着差异。在非息肉患者和健康人中，这些细胞通常形成覆盖鼻腔内部的平坦的基底组织层。在患有息肉的患者中，这些细胞开始堆积并形成较厚的层而不是分化成宿主防御所需的上皮细胞亚群。
 
这种类型的大体组织异常已经通过组织学观察了数十年，但是新研究显示来自息肉患者的基底细胞已经开启了特定的基因表达程序，这解释了它们的分化轨迹迟钝。该程序似乎由IL-4和IL-13直接维持，IL-4和IL-13是已知在病理水平过量产生时驱动过敏性炎症的免疫应答细胞因子。
 
研究人员发现，这些基底细胞也保留了对IL-4和IL-13暴露的“记忆”：当它们从非息肉和息肉中去除基底细胞时，在相同的条件下生长它们一个月，然后将它们暴露于IL他们发现来自患有息肉的患者的未受刺激的细胞已经表达了许多在没有息肉的人中诱导的基因。在IL-4和IL-13反应性记忆信号中，来自称为Wnt的细胞信号传导途径的基因，其控制细胞分化。
 
免疫学家早就知道B细胞和T细胞可以存储它们已经暴露的过敏原的记忆，这部分解释了为什么免疫系统可能在下次遇到相同的过敏原时反应过度。然而，这一新发现表明，基底细胞对这种记忆的贡献也很大。
 
由于基底细胞是产生呼吸道上皮细胞中发现的其他细胞的干细胞，因此这种记忆可能影响其随后的基因表达模式和产生成熟的特化上皮细胞的能力。该团队注意到严重疾病患者上皮细胞类型平衡的重大影响，导致细胞群体的多样性减少。
 
“一旦你知道IL-4和IL-13作用于干细胞，就会改变你必须考虑干预的方式，而不是他们对分化细胞的作用，因为你必须擦除那些记忆以便带来系统回到动态平衡，“Shalek说。“否则你实际上并没有处理问题的根本原因。”
 
阻断人体细胞因子
 
研究结果表明，阻断IL-4和IL-13作用的持续努力可能是尝试治疗慢性鼻窦炎的一种好方法，这一假设是研究人员使用阻断这两种细胞因子共同受体的抗体进行验证。该抗体已被批准用于治疗湿疹，并且正在进行其他用途的进一步测试。研究人员分析了在用这种抗体治疗之前和之后从息肉患者中采集的基底细胞的基因表达。他们发现IL-4和IL-13刺激的大多数但不是全部基因已恢复到正常表达水平。
 
“这表明阻断IL-4和IL-13有助于将基底细胞和分泌细胞恢复到更健康的状态，”Ordovas-Montanes说。“但是，仍有一些遗留的遗传签名。所以现在的问题是，你如何智能地定位剩余的？”
 
研究人员现在计划进一步详细说明基底细胞如何储存炎症记忆的分子机制，这可以帮助他们发现其他药物靶点。他们还在研究影响身体其他部位的炎症性疾病，例如炎症性肠病，其中炎症通常会导致可能变成癌症的息肉。调查肠道中的干细胞是否也能记住免疫事件，维持疾病并在肿瘤形成中发挥作用，将是设计炎症诱发癌症的早期干预措施的关键。