单细胞测序揭示热射病铁死亡机制：ACSL1/MAPK14等关键生物标志物的发现及免疫微环境动态分析

本研究针对热射病(HS)发病机制不明、缺乏有效诊断标志物的临床难题，通过整合单细胞RNA测序(scRNA-seq)和转录组分析，首次系统揭示了铁死亡(Ferroptosis)在HS中的关键作用。研究人员鉴定出ACSL1、MAPK14、ALOX5AP、PROK2和DUSP1五个核心基因，其AUC值均达0.881-1.0，可作为HS诊断新靶点；同时发现单核/巨噬细胞亚群扩增的免疫微环境重塑特征，为HS的精准干预提供了理论依据。

　　

随着全球气候变暖加剧，热射病(Heat Stroke, HS)发病率逐年攀升，这种以核心体温>40℃伴多器官衰竭为特征的急症，死亡率高达60%。尽管已知全身炎症反应和氧化应激是主要病理机制，但具体分子通路仍如"黑箱"。近年来，一种新型程序性细胞死亡方式——铁死亡(Ferroptosis)引起学界关注，其特征是谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)活性下降、脂质过氧化物堆积和铁离子蓄积。有趣的是，高热环境会显著增加活性氧(ROS)产生，这与铁死亡的核心特征高度吻合。然而，铁死亡是否参与HS发病？哪些关键基因驱动这一过程？这些问题亟待解答。

西南医科大学附属医院急诊科的研究团队在《BMC Medical Genomics》发表了一项突破性研究。他们采集29例HS患者外周血样本，通过转录组测序筛选差异基因，结合FerrDB数据库的铁死亡基因集，采用加权基因共表达网络分析(WGCNA)锁定关键模块；进一步对典型病例开展单细胞测序，解析免疫细胞动态变化；最后通过受试者工作特征(ROC)曲线验证诊断效能，并运用Monocle2进行拟时序分析追踪细胞分化轨迹。

关键技术方法包括：1) 对7例HS与7例对照的RNA-seq数据(Dataset1)进行差异分析和WGCNA模块筛选；2) 整合1,001个铁死亡相关基因进行功能富集；3) 对1例HS与1例对照进行scRNA-seq获得14个免疫亚群特征；4) 使用Dataset2(8例HS/7例对照)验证标志物诊断效能；5) 拟时序分析揭示基因表达动态。

数据质量控制与差异基因获取

PCA分析显示HS组与对照组存在显著转录差异，鉴定出630个差异基因(546上调/84下调)，其中脂肪酸代谢和炎症反应相关基因显著富集。

共表达网络构建

WGCNA分析发现灰色60模块与HS表型高度相关(r=0.89)，该模块基因主要参与硫辛酸反应、炎症介质产生等生物过程。

单细胞测序揭示免疫微环境变化

scRNA-seq首次发现HS患者单核细胞(Cluster2-3)和巨噬细胞(Cluster4)显著扩增，关键基因ACSL1、MAPK14等在髓系细胞高表达，提示铁死亡可能通过先天免疫系统加剧组织损伤。

核心生物标志物验证

ROC曲线显示：ACSL1和MAPK14的AUC均为1.0，ALOX5AP和PROK2分别为0.952/0.976，DUSP1为0.881。这些基因在合并队列中仍保持高诊断效能(AUC 0.881-0.967)。

拟时序分析动态特征

Monocle2分析显示，5个核心基因在单核细胞向巨噬细胞分化过程中呈现"先升后降"的协同表达模式，与疾病进展阶段高度吻合。

研究结论揭示了铁死亡在HS中的核心作用机制：MAPK14通过p53/SLC7A11/GPX4轴抑制细胞抗氧化能力；ACSL1和ALOX5AP分别通过激活多不饱和脂肪酸(PUFAs)和催化脂质过氧化促进铁死亡执行；而DUSP1和PROK2则构成负反馈调节网络——前者通过抑制MAPK14减轻炎症，后者通过Fbxo10介导的ACSL4降解限制脂质过氧化。这种"双刃剑"式的调控网络，为理解HS的分子病理提供了全新视角。

该研究的临床意义在于：1) 首次建立HS的铁死亡诊断标志物体系，突破现有依赖临床症状的诊断瓶颈；2) 发现免疫细胞亚群特异性表达模式，为开发靶向免疫调节疗法指明方向；3) 提出的MAPK14-ACSL1-ALOX5AP轴可能成为干预新靶点。未来研究需扩大样本验证这些发现，并探索铁死亡抑制剂在HS救治中的应用潜力。