《Journal of Cellular Physiology》：Role of Chitinase 3–like-1 in Myelofibrosis via Fibroblast-Produced Extracellular Matrix Enhancement
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骨髓纤维化是骨髓增殖性肿瘤的关键病理特征，但其发病机制尚不完全清楚。本研究聚焦于由纤维细胞分泌的几丁质酶3样-1（CHI3L1），通过分析患者血清、构建小鼠模型（Romiplostim诱导和JAK2V617F转基因）及细胞共培养实验，发现CHI3L1水平与纤维化程度正相关，其缺失可减轻骨髓纤维化，并通过促进成纤维细胞产生细胞外基质而加剧纤维化。该研究揭示了CHI3L1是连接纤维细胞与成纤维细胞、驱动骨髓纤维化的关键因子，为未来治疗提供了新靶点。
骨髓，这个位于骨骼内部、负责生产血细胞的“造血工厂”，有时也会遭遇严重的内部“纤维化”——即骨髓纤维化（Myelofibrosis, MF）。这是一种严重的骨髓增殖性肿瘤（Myeloproliferative Neoplasm, MPN）的病理特征，患者的骨髓中正常的造血组织被大量纤维结缔组织所取代，导致贫血、脾脏肿大等一系列症状，严重影响生活质量与生存。尽管已知驱动基因突变（如JAK2、CALR、MPL）和血小板衍生生长因子等细胞因子在其中扮演角色，但骨髓中这些纤维组织究竟如何一步步“野蛮生长”的详细剧本，特别是其中不同细胞类型之间如何“对话”与“协作”，仍是科学界亟待揭开的谜团。
近年来，一种名为“纤维细胞”（Fibrocyte）的特殊细胞进入了研究者的视野。它们由血液中的单核细胞分化而来，兼具造血细胞和间质细胞的特性，被发现在多种器官纤维化中起关键作用。在骨髓纤维化中，纤维细胞也被证实至关重要，但它们究竟通过何种分子机制推动纤维化进程，其功能角色仍不甚清晰。为了回答这一问题，研究人员将目光投向了基因表达谱分析中筛选出的一个潜在关键分子——几丁质酶3样-1（Chitinase 3–like-1, CHI3L1，在人类中又称YKL-40）。CHI3L1属于无酶活性的几丁质酶样蛋白家族，已知在炎症、器官纤维化和组织重塑中发挥重要作用，但其在骨髓纤维化中的具体角色尚未明确。
于是，一项旨在揭示CHI3L1在骨髓纤维化中作用与机制的研究就此展开。研究人员通过多层次的实验设计，从患者队列到动物模型，再到细胞分子机制，层层递进，最终阐明了CHI3L1作为连接纤维细胞与成纤维细胞（Fibroblast）的“桥梁”，通过增强成纤维细胞产生的细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）来加剧骨髓纤维化的核心机制。这项具有重要意义的研究成果发表在了《Journal of Cellular Physiology》期刊上。
为了开展这项研究，作者团队综合运用了多项关键技术方法。在研究人群方面，他们纳入了52名MPN患者和80名淋巴瘤患者，采集血清并评估骨髓纤维化分级。在细胞水平，他们从健康供者和JAK2V617F阳性患者的外周血中分离培养人纤维细胞，并利用RNA测序（RNA sequencing）分析基因表达谱。在动物模型上，他们构建了两种骨髓纤维化模型：一是使用血小板生成素受体（TPO-R）激动剂Romiplostim（Rom）诱导的小鼠模型；二是利用JAK2V617F转基因（Transgenic, TG）小鼠模型。此外，他们还使用了实验室已有的CHI3L1基因敲除（CHI3L1?/?）小鼠，并将其与JAK2V617FTG小鼠杂交，获得双基因修饰小鼠。在机制探索中，他们采用了人成纤维细胞系HS-5与非接触式共培养实验，并使用CHI3L1中和抗体进行功能验证。对组织和细胞的检测则广泛采用了酶联免疫吸附试验（ELISA）、定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）、组织化学染色（如银染、α-平滑肌肌动蛋白免疫组化）以及基于深度学习的纤维化定量分析（HALO AI）等技术。
研究结果
3.1 人纤维细胞分化与CHI3L1表达增加相关
RNA测序分析发现，与单核细胞相比，纤维细胞中有13个基因表达显著上调，其中CHI3L1基因的表达随着纤维细胞分化而增加。相反，转化生长因子-β1（TGF-β1）的表达则下降。在培养过程中，纺锤形纤维细胞的比例随培养时间（第6、9、12天）增加而增加。同时，CHI3L1的mRNA表达和培养上清液中的CHI3L1蛋白水平也随着纤维细胞分化而显著升高。来自三名JAK2V617F阳性真性红细胞增多症（PV）患者的纤维细胞所产生的CHI3L1和TGF-β1水平，与四名健康供者相比没有显著差异。
3.2 CHI3L1血清水平升高与骨髓纤维化程度相关
对MPN患者的分析显示，伴有骨髓纤维化（MF(+)）的患者血清CHI3L1水平中位数为57.3 ng/mL，显著高于不伴骨髓纤维化（MF(-)）的患者（29.0 ng/mL）和健康供者（28.2 ng/mL）。血清CHI3L1水平随骨髓纤维化分级（MF-0至MF-3）的增加而升高。在原发性骨髓纤维化（PMF）患者中，血清CHI3L1水平显著高于不伴MF的真性红细胞增多症（PV）和原发性血小板增多症（ET）患者。受试者工作特征（ROC）曲线分析表明，血清CHI3L1浓度>35.0 ng/mL可作为区分MF(+)与MF(-)的潜在临界值。在淋巴瘤患者中，血清CHI3L1水平在存在骨髓纤维化、脾肿大和纤维细胞前体细胞比例升高时也显著更高。
3.3 Rom诱导的小鼠MF模型中骨髓CHI3L1 mRNA表达升高可被氯膦酸盐处理消除
在Rom诱导的小鼠骨髓纤维化模型中，Rom处理组小鼠的血清CHI3L1水平是对照组的两倍以上。虽然脾脏中的CHI3L1 mRNA表达无显著差异，但Rom组小鼠骨髓中的CHI3L1 mRNA表达水平显著高于对照组。已知氯膦酸盐脂质体（Clodronate liposomes, CLs）可消除单核细胞、巨噬细胞和纤维细胞，从而缓解该模型的骨髓纤维化。本研究发现，CLs处理同样消除了Rom引起的骨髓CHI3L1 mRNA表达升高。
3.4 CHI3L1?/?小鼠表现出Col3a1 mRNA表达降低和骨髓网状纤维减少
为了研究CHI3L1在骨髓纤维化发展中的功能作用，研究人员比较了Rom处理的野生型小鼠和CHI3L1?/?小鼠。股骨骨髓切片的银染和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）免疫组化显示，在治疗第15天，CHI3L1?/?小鼠的骨髓纤维化分级和α-SMA阳性染色面积显著低于野生型小鼠。骨髓纤维化相关基因的表达分析显示，与野生型小鼠相比，CHI3L1?/?小鼠的Col3a1和Acta2（编码α-SMA）mRNA表达显著降低，而Col1a1和Fn1的mRNA表达无明显变化。CHI3L1的受体Il-13rα2和Ptgdr2的mRNA表达在两组间也无明显差异。
3.5 JAK2V617F/CHI3L1?/?小鼠的网状纤维面积小于JAK2V617FTG小鼠
为了进一步理解CHI3L1在携带JAK2V617F驱动突变背景下的功能，研究人员使用了JAK2V617F转基因（TG）小鼠及其与CHI3L1?/?小鼠杂交得到的双基因修饰小鼠。银染显示两组小鼠骨髓中均有弥漫密集的网状纤维增加，但根据欧洲共识标准的评价方法未发现明显差异。然而，采用一种新型的基于深度学习的纤维化定量方法（HALO AI）进行更精确的定量评估发现，JAK2V617F/CHI3L1?/?小鼠骨髓的平均网状纤维面积显著小于JAK2V617FTG小鼠。两组小鼠的脾脏重量无显著差异。
3.6 共培养实验证明CHI3L1参与纤维细胞与人成纤维细胞系HS-5的相互作用
为了评估CHI3L1如何与成纤维细胞相互作用，研究人员将人成纤维细胞系HS-5与不同分化阶段（第6、9、12天）的纤维细胞培养上清液进行非接触式共培养。结果发现，用纤维细胞上清液（特别是第12天的上清液）培养HS-5细胞，能显著增加细胞外基质成分COL1A1和COL3A1的mRNA表达。而加入CHI3L1中和抗体则可以消除这种促进作用，表明纤维细胞分泌的CHI3L1对于刺激成纤维细胞产生细胞外基质至关重要。
研究结论与意义
本研究通过系统的临床关联分析、动物模型验证和细胞分子机制探索，得出了明确结论：几丁质酶3样-1（CHI3L1）在骨髓纤维化的发生发展中起着关键的促纤维化作用。具体来说：
- 1.
CHI3L1是纤维细胞分化的标志物：其在纤维细胞中的表达水平显著高于单核细胞，并随分化进程而升高。
- 2.
CHI3L1是骨髓纤维化的生物标志物：患者血清CHI3L1水平与骨髓纤维化严重程度正相关，尤其在原发性骨髓纤维化（PMF）中升高显著。
- 3.
CHI3L1是骨髓纤维化的驱动因子：在Romiplostim诱导和JAK2V617F转基因两种不同机制的小鼠骨髓纤维化模型中，CHI3L1的缺失（基因敲除）均能减轻骨髓纤维化的程度，表现为网状纤维减少和部分胶原基因（如Col3a1）表达下降。
- 4.
CHI3L1是连接纤维细胞与成纤维细胞的功能桥梁：纤维细胞通过分泌CHI3L1，刺激骨髓中的成纤维细胞（或肌成纤维细胞）产生更多的细胞外基质（如I型和III型胶原），从而直接加剧了纤维化的进程。CHI3L1中和抗体可以阻断这一过程。
在讨论中，作者将本研究发现与CHI3L1在肺、肝、肾等器官纤维化中的已知作用联系起来，强调了其作为广泛促纤维化因子的角色。同时，他们指出骨髓纤维化中的CHI3L1主要来源于纤维细胞，这有别于其他器官纤维化中巨噬细胞的主要贡献。尽管JAK2V617F突变驱动的TGF-β1过度产生在骨髓纤维化小鼠模型中很重要，但本研究在人类JAK2V617F阳性纤维细胞中并未观察到TGF-β1产生的显著增加，提示人与小鼠的病理生理可能存在差异，也凸显了CHI3L1通路的独立性和重要性。
综上所述，这项研究的重要意义在于：它首次系统地阐明了CHI3L1在骨髓纤维化中的核心作用，并揭示了其作为“纤维细胞-成纤维细胞”相互作用的关键分子节点的具体机制。这不仅加深了我们对骨髓纤维化发病机理的理解，更重要的是，将CHI3L1推向了潜在治疗靶点的位置。针对CHI3L1的中和抗体或小分子抑制剂，未来有望成为缓解甚至逆转骨髓纤维化、改善MPN患者预生的新策略。研究标题所揭示的“Role of Chitinase 3–like-1 in Myelofibrosis via Fibroblast-Produced Extracellular Matrix Enhancement”精准地概括了这一科学发现的核心。
