Objectives Determine global skin transcriptome patterns of early diffuse systemic sclerosis (SSc) and how they differ from later disease. Methods Skin biopsy RNA from 48 patients in the Prospective Registry for Early Systemic Sclerosis (PRESS) cohort (mean disease duration 1.3 years) and 33 matched healthy controls was examined by next-generation RNA sequencing. Data were analysed for cell type-specific signatures and compared with similarly obtained data from 55 previously biopsied patients in Genetics versus Environment in Scleroderma Outcomes Study cohort with longer disease duration (mean 7.4 years) and their matched controls. Correlations with histological features and clinical course were also evaluated. Results SSc patients in PRESS had a high prevalence of M2 (96%) and M1 (94%) macrophage and CD8 T cell (65%), CD4 T cell (60%) and B cell (69%) signatures. Immunohistochemical staining of immune cell markers correlated with the gene expression-based immune cell signatures. The prevalence of immune cell signatures in early diffuse SSc patients was higher than in patients with longer disease duration. In the multivariable model, adaptive immune cell signatures were significantly associated with shorter disease duration, while fibroblast and macrophage cell type signatures were associated with higher modified Rodnan Skin Score (mRSS). Immune cell signatures also correlated with skin thickness progression rate prior to biopsy, but did not predict subsequent mRSS progression. Conclusions Skin in early diffuse SSc has prominent innate and adaptive immune cell signatures. As a prominently affected end organ, these signatures reflect the preceding rate of disease progression. These findings could have implications in understanding SSc pathogenesis and clinical trial design.

Abstract Macrophages are central orchestrators of the tissue response to injury, with distinct macrophage activation states playing key roles in the progression and resolution of fibrosis. Identifying the unique fibrogenic macrophages that are found in human fibrotic tissues could lead to new and more effective treatments for fibrosis. Here we used human liver and lung single cell RNA sequencing datasets to identify a unique subset of CD9 + TREM2 + macrophages expressing SPP1, GPNMB, FABP5, and CD63 with strong pro-fibrotic activity. This population was validated across orthogonal techniques, species and tissues. These macrophages were enriched at the outside edges of scarring adjacent to activated mesenchymal cells, and in the fibrotic niche across species and organs. Neutrophils producing the type 3 cytokines GM-CSF and IL-17A, and expressing MMP9, which participates in the activation of TGF-β1, clustered with these scar-associated macrophages. Using in vitro primary human cell assays, we determined that GM-CSF, IL-17A and TGF-β1 drive the differentiation of these scar-associated macrophages, and that co-culture of monocyte-derived macrophages with hepatic stellate cells and TGF-β1 augmented type 1 collagen deposition. In vivo blockade of GM-CSF, IL-17A or TGF-β1 with small or large molecules reduced scar-associated macrophage expansion and fibrosis in multiple models of hepatic and pulmonary fibrosis. Our work demonstrates that a specific scar-associated macrophage population is linked with fibrosis across species and tissues. It further provides a strategy for unbiased discovery, triage and preclinical validation of therapeutic targets within this fibrogenic macrophage population.