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.

ABSTRACT Background Fibroblasts play a key role in stricture formation in Crohn’s disease (CD) but understanding it’s pathogenesis requires a systems-level investigation to uncover new treatment targets. We studied full thickness CD tissues to characterize fibroblast heterogeneity and function by generating the first single cell RNA sequencing (scRNAseq) atlas of strictured bowel and providing proof of principle for therapeutic target validation. Methods We performed scRNAseq of 13 fresh full thickness CD resections containing non-involved, inflamed non-strictured, and strictured segments as well as 7 normal non-CD bowel segments. Each segment was separated into mucosa/submucosa or muscularis propria and analyzed separately for a total of 99 tissue samples and 409,001 cells. We validated cadherin-11 (CDH11) as a potential therapeutic target by using whole tissues, isolated intestinal cells, NanoString nCounter, next generation sequencing, proteomics and animal models. Results Our integrated dataset revealed fibroblast heterogeneity in strictured CD with the majority of stricture-selective changes detected in the mucosa/submucosa, but not the muscle layer. Cell-cell interaction modeling revealed CXCL14+ as well as MMP/WNT5A+ fibroblasts displaying a central signaling role in CD strictures. CDH11, a fibroblast cell-cell adhesion molecule, was broadly expressed and upregulated, and its pro-fibrotic function was validated by NanoString nCounter, RNA sequencing, tissue target expression, in vitro gain- and loss-of-function experiments, proteomics, and two animal models of experimental colitis. Conclusion A full-thickness bowel scRNAseq atlas revealed previously unrecognized fibroblast heterogeneity and interactions in CD strictures and CDH11 was validated as a potential therapeutic target. These results provide a new resource for a better understanding of CD stricture formation and opens potential therapeutic developments.