多组学分析揭示小檗碱与红景天苷通过靶向TGFBR2调控放射性皮肤损伤的免疫修复机制

本研究整合单细胞与转录组分析，揭示放射性皮肤损伤中凋亡敏感成纤维细胞亚型MMP3+ FIB的关键作用，验证TGFBR2为核心调控靶点，并通过分子 docking 筛选出小檗碱（Berberine）和红景天苷（Salidroside）作为潜在治疗化合物，为靶向免疫-纤维化交叉调控提供新策略。

　　

背景

放射性皮肤损伤是核事故和癌症放疗（RT）中的重要并发症，约95%接受放疗的患者会出现从轻度红斑到严重溃疡不等的皮肤损伤，严重影响生活质量。尽管既往研究强调凋亡通路的作用，但其在放射性皮肤损伤中的具体机制尚不明确。成纤维细胞作为主要受损细胞，在组织损伤后可转化为持续性肌成纤维细胞，这是纤维化启动和进展的关键事件。

方法

研究首先通过基因表达综合数据库（GEO）检索单细胞RNA和RNA-seq数据集，对成纤维细胞进行亚群分析、伪时间分析和细胞间通讯分析，以确定成纤维细胞分化过程中的关键状态。随后分析并筛选RNA-seq数据中的关键基因，最后通过体外辐照模型进行SA-β-gal染色、流式细胞术和qRT-PCR，验证TGFBR2作为潜在治疗靶点。

结果

凋亡通路在成纤维细胞中起关键作用。成纤维细胞亚型分析揭示不同亚型，包括MMP3、Coch、Apod和Eif4e。富集分析进一步表明MMP3成纤维细胞（FIB）中凋亡显著上调。伪时间分析显示MMP3 FIB在成纤维细胞分化轨迹中具有高干性，而细胞间通讯分析强调TGF-β在成纤维细胞亚型相互作用中的关键作用。RNA-Seq分析确定TGFBR2为关键基因，体外实验证实TGFBR2在放射性皮肤损伤中的 essential 功能。分子对接研究识别出小檗碱（Berberine）和红景天苷（Salidroside）作为潜在治疗剂。

讨论

放射性皮肤损伤是癌症放疗后的常见并发症，成纤维细胞作为皮肤组织的重要组成部分，对维持皮肤稳态和促进伤口修复至关重要。凋亡作为程序性细胞死亡形式，在维持组织稳态和防止异常细胞增殖中起重要作用。本研究通过单细胞数据分析和转录组数据分析筛选关键基因，并通过分子对接分析识别潜在生物靶点。MMP3⁺ FIB被确定为关键凋亡相关群体，具有高干性，并作为大多数细胞通路的信号发送者和接收者。富集分析显示MMP3 FIB细胞在多种炎症反应通路中显著富集，表明其在放射性皮肤损伤中起重要作用。TGFBR2基因作为TGF-β信号通路中的主要受体，其在该损伤中的作用不可忽视。

分子机制验证

通过线性加速器发射的X射线构建成纤维细胞急性辐射损伤模型，体外验证显示辐射后TGFBR2基因显著上调，是损伤的关键靶点。SA-β-gal染色显示辐射导致人皮肤成纤维细胞（HSF）中SA-β-gal阳性细胞增加，流式细胞术分析显示单次高剂量X射线显著诱导HSF凋亡，包括早期和晚期凋亡。qRT-PCR分析显示辐射后48小时TGFBR2 mRNA表达显著上调。

治疗化合物筛选

通过分子对接识别出小檗碱和红景天苷作为潜在治疗药物，两者与TGFBR2具有良好的结合能。分子动力学模拟验证了这一结果，表明复合物在100 ns模拟期间保持结构稳定性。小檗碱通过抑制成纤维细胞活化和调节免疫检查点发挥双重活性，而红景天苷通过调节TGF-β信号通路显示在调节免疫反应和纤维化中的潜力。

局限与展望

尽管本研究通过单细胞数据分析识别出关键亚型MMP3-FIB和关键基因TGFBR2，并在体外实验中验证其表达，未来仍需进一步实验探索TGFBR2和TGF-β相关通路在放射性皮肤损伤发病机制和治疗中的具体功能作用。此外，本研究结果主要基于公共数据库，缺乏详细的临床验证。未来研究应探索这些药物与免疫治疗剂或纳米载体递送系统结合时的潜在协同效应，以增强特异性和疗效。

结论

成纤维细胞在维持皮肤稳态和协调辐射后修复反应中起至关重要的作用。本研究确定MMP3⁺成纤维细胞亚型为关键凋亡相关群体，TGFBR2作为核心调控基因。通过整合转录组分析和机器学习，验证TGFBR2为潜在治疗靶点，并通过分子对接识别出小檗碱和红景天苷作为候选化合物。这些化合物不仅靶向成纤维细胞驱动的纤维化通路，还具有免疫调节潜力，提供双重作用治疗价值。研究结果突出了成纤维细胞在放射性皮肤损伤中的功能异质性，并提出了一种整合天然产物靶向和免疫调节的精准策略。