气道黏膜上皮表面的纤毛细胞通过节律性摆动将病原体和颗粒物排出气道，是气道先天性免疫的第一道防线。然而，受限于人类气道解剖结构的复杂性和多区域采样难度，健康人群气道纤毛细胞是否存在区域特化的形态学与分子特征、不同区段之间如何系统比较，仍然缺乏高分辨率的全景式认识。更关键的是，纤毛细胞功能障碍是鼻息肉、哮喘和慢阻肺等疾病的共同病理特征，然而这三种疾病是否存在共性或者疾病各自特异的纤毛细胞损伤分子靶点，始终悬而未决。

2026年9月2日，在钟南山院士和新加坡国立大学王德云教授指导下，实验室彭杨教授联合李佳教授、王磊教授等，在 《Genes & Diseases》（IF=14.6）期刊上在线发表了题为 "An integrated atlas of multiciliated cells across the human airway reveals regional heterogeneity and disease-associated remodeling" 的论著。该研究描绘了从鼻腔到细支气管的健康人群全气道纤毛细胞形态学和转录组学图谱，并解析了鼻息肉、哮喘和慢阻肺中纤毛细胞的共性损伤特征与疾病特异性分子标志。

核心发现一：建立健康人群全气道纤毛细胞的形态学基线

研究团队收集下鼻甲至呼吸性细支气管共九个解剖区域的组织样本，结合HE染色、免疫荧光、扫描电镜及透射电镜系统评估，定量分析首次揭示纤毛细胞覆盖率、纤毛长度及轴丝直径在不同气道解剖区域中存在差异，而在下气道中沿近端至远端呈显著梯度递减的趋势。

核心发现二：单细胞测序鉴定五种纤毛细胞亚型及其区域分布

研究团队共整合了19个公共和1个自测的单细胞测序数据集，获得69,721个高质量纤毛细胞（其中健康对照人群来源58,773个，疾病组人群来源10,948个），是迄今最大规模整合的人类气道纤毛细胞数据集，并鉴定出五种转录特性各异的纤毛细胞亚型：经典纤毛细胞、中心粒发生细胞、基底-纤毛中间态细胞、黏液纤毛细胞及SFTPB⁺纤毛细胞。各亚型在不同气道区域间存在分布差异，功能富集分析显示各亚型具有独特的分子程序。

核心发现三：支气管与细支气管的纤毛细胞存在抗氧化功能差异

与细支气管相比，支气管纤毛细胞的特异高表达基因显著富集NRF2分子介导的氧化应激应答通路，包括关键抗氧化基因NQO1、TXN和GCLC高表达，并通过空间转录组学和免疫荧光染色验证了这一发现。功能层面，人源性原代气道上皮细胞类器官模型证实，香烟烟雾提取物刺激后，细支气管类器官ROS积累水平显著高于支气管类器官，证实远端气道内源性抗氧化防御薄弱，为慢阻肺小气道易损机制提供了全新解释。

核心发现四：跨疾病纤毛细胞的共性和特异性损伤标志物

跨疾病的纤毛细胞单细胞转录组比较分析和免疫荧光验证结果表明，编码关键抗氧化酶的ALDH3A1分子在鼻息肉、哮喘和慢阻肺的纤毛细胞中均显著下调，提示抗氧化能力受损是多种慢性气道疾病纤毛细胞功能障碍的共同分子机制。此外，研究团队发现FTO和IRF9在哮喘与慢阻肺的纤毛细胞中总体上呈现相反的表达趋势，提示不同疾病中的纤毛损伤存在差异。

综上，该研究首次构建了覆盖全气道的高分辨率纤毛细胞形态学和转录组图谱，为靶向纤毛功能受损的精准治疗策略奠定了重要基础。

实验室彭杨教授、赵泽航博士后、陈诗颖博士后和周子青主治医师为论文共同第一作者，钟南山院士、李佳教授、王磊教授和新加坡国立大学王德云教授为共同通讯作者。广州国家实验室董鸣教授、崔丹助理研究员，广州医科大学陈振峰博士后、孙珍博士后、姜林乐博士、杨依贤硕士、冯振城硕士和江姝坪硕士等对本研究开展提供了重要帮助。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广州实验室研发项目等多个基金项目的资助。

论文原文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352304226004101