单细胞转录组测序揭示无虹膜相关角膜病变的分子机制及潜在治疗靶点

本研究通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，首次解析了无虹膜相关角膜病变(AAK)患者角膜上皮细胞的异质性转录特征。研究发现PAX6单倍剂量不足背景下，中央角膜区仍保留KRT3/KRT12表达，KLF4调控网络异常激活导致慢性伤口愈合状态，为理解AAK进展机制和开发靶向治疗策略提供了新视角。

　　

眼睛是心灵的窗户，但当这扇窗户蒙上阴霾时，世界便失去了色彩。无虹膜是一种罕见的先天性眼病，约90%由PAX6基因突变引起，患者不仅虹膜发育不全，还会伴随进行性角膜病变——无虹膜相关角膜病变(AAK)。这种疾病如同"角膜的慢性伤口"，随着时间推移，原本透明的角膜逐渐被结膜组织侵占，最终导致视力严重受损。尽管已知PAX6单倍剂量不足(PAX6^+/?
)是致病关键，但角膜上皮细胞在分子层面如何响应这种基因缺陷，学界仍知之甚少。

为揭开这一谜团，大阪大学的研究团队在《The Ocular Surface》发表了一项开创性研究。他们首次运用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，对一位48岁先天性无虹膜女性患者的中央角膜和角膜缘上皮细胞进行高分辨率转录组分析，并与健康对照比较。这项研究如同给角膜细胞装上了"分子显微镜"，让科学家能看清每个细胞的基因表达"指纹"。

关键技术包括：从患者角膜中央透明区和角膜缘获取上皮组织进行scRNA-seq；通过生物信息学分析鉴定细胞亚群和差异表达基因；使用基因调控网络分析识别关键转录因子；与健康人角膜转录组数据对比。研究队列为单病例深度分析，患者经临床诊断为先天性无虹膜伴AAK，基因检测确认存在PAX6无义突变。

主要发现如下：

角膜中央区的分子韧性
令人惊讶的是，尽管PAX6表达显著降低，中央角膜区仍存在表达典型角膜角蛋白KRT3/KRT12的细胞亚群。这些细胞表现出三种分子特征：角膜型、结膜型和混合型，提示AAK进展中存在细胞身份混乱。

慢性伤口愈合的分子印记
角膜样细胞中伤口愈合和凋亡相关基因普遍上调，显示这些细胞处于持续应激状态。尤其值得注意的是转录因子KLF4的表达升高及其调控网络活性增强，这可能是角膜上皮试图维持稳态的补偿机制。

角膜缘的身份危机
大多数角膜缘上皮细胞失去正常特征，呈现结膜样表型，证实了临床观察到的角膜缘干细胞衰竭(LSCD)现象。这种"身份丢失"可能是结膜组织侵入角膜的分子基础。

PAX6下游调控网络
研究发现PAX6单倍剂量不足导致其直接调控的靶基因KRT12表达下降，这与既往动物模型结果一致。但研究首次在人类患者中发现，部分角膜细胞能在低PAX6环境下维持KRT12表达，提示存在替代调控通路。

这项研究绘制了首张AAK的单细胞转录图谱，揭示了几个关键科学价值：首先，证实即使在疾病晚期，中央角膜仍保留部分正常分子特征，这为临床干预提供了"治疗时间窗"；其次，发现KLF4可能是维持角膜特性的代偿性因子，为开发靶向疗法指明方向；最后，研究建立的单细胞分析方法为其他角膜疾病研究提供了范式。

讨论部分强调，虽然基于单病例的研究存在局限性，但这些发现深化了对AAK病理机制的理解。特别值得注意的是，角膜上皮细胞在PAX6缺陷下表现出的分子韧性，挑战了传统认为角膜完全"结膜化"的观点。研究人员推测，增强KLF4活性或靶向其下游通路，可能成为延缓AAK进展的新策略。这项研究不仅为无虹膜患者带来希望，也为理解角膜上皮干细胞生物学提供了新视角。