《Scientific Reports》：Single-cell transcriptomics and spatial validation reveal dysfunction of keratinocytes and NK cells driving acne development
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为解决痤疮发病机制中细胞和分子层面的关键调控机制不明的问题，研究人员开展了单细胞转录组学与空间免疫荧光验证研究。研究揭示了角质形成细胞（Keratinocytes）从免疫防御向病理性角化异常分化，以及自然杀伤细胞（NK cells）从免疫激活向功能耗竭的转变，共同构成了“免疫-屏障双重失衡”的病理模型，为痤疮的精准干预提供了新靶点。
你是否曾为脸上的痘痘烦恼不已？痤疮，这个全球最常见的炎症性皮肤病，困扰着约85%的青少年。尽管我们熟知它与皮脂分泌过多、毛囊角化异常、痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）定植和免疫炎症反应有关，但其背后的细胞和分子机制却如同一团迷雾。传统的抗炎、抗菌或维A酸治疗虽然能暂时缓解症状，但往往伴随着高复发率、耐药性和副作用，长期管理效果不佳。这背后，正是因为我们缺乏对痤疮皮肤微环境中，不同细胞类型如何“对话”、如何“演变”的精细认知。
为了揭开这层迷雾，来自吉林大学中日联谊医院皮肤科的王新恒、高长召、杨丹丹、潘佳慧和姜日华教授团队，在《Scientific Reports》上发表了一项重磅研究。他们首次整合了单细胞转录组学（scRNA-seq）和空间免疫荧光技术，系统描绘了健康皮肤、轻度痤疮和重度痤疮的细胞图谱，提出了一个全新的“免疫-屏障双重失衡”病理模型，为痤疮的精准治疗指明了方向。
关键技术方法
本研究招募了6名受试者，分为健康对照（NC）、轻度痤疮（MA）和重度痤疮（SA）三组。研究人员采集了皮肤活检组织，通过酶消化法制备单细胞悬液，利用10x Genomics平台进行单细胞RNA测序。对获得的单细胞转录组数据，使用Seurat软件进行质量控制、降维聚类和细胞类型注释。通过Monocle2软件进行拟时序分析，推断角质形成细胞和NK细胞的分化轨迹。利用iTALK软件分析细胞间通讯网络。最后，通过免疫荧光染色（IF）对关键分子（如KRT6A、NKG7、KRT10、Involucrin）进行空间定位和定量验证。
研究结果
1. 单细胞转录组学揭示痤疮皮损的细胞图谱
通过对6例皮肤样本进行单细胞测序，研究人员成功鉴定了7种主要细胞类型和19个亚群。细胞比例分析显示，在轻度痤疮（MA）中，自然杀伤细胞（NK cells）的比例显著升高，提示其在疾病早期通过免疫激活和趋化信号放大炎症反应。而在重度痤疮（SA）中，角质形成细胞（Keratinocytes）则出现明显的扩增和异常分化。拟时序分析进一步揭示，痤疮的进展伴随着细胞环境的动态重塑：从健康皮肤以角质形成细胞维持屏障稳态为主，到轻度痤疮以NK细胞驱动的免疫激活为主，最终演变为重度痤疮以角质形成细胞病理性增殖和NK细胞功能耗竭为特征。
2. 角质形成细胞的动态变化
研究人员将角质形成细胞进一步细分为15个功能亚群。在健康样本中，主要为维持屏障功能的成熟分化亚群。在轻度痤疮中，特异性富集了表达抗菌肽基因DEFB4A的亚群，表明角质形成细胞在此时扮演“免疫防御”的角色。而在重度痤疮中，则显著扩增了表达KRT1、KRT10、KRT2等结构蛋白基因的亚群，提示其向病理性角化和表皮结构不稳定的方向分化。拟时序分析证实，角质形成细胞存在从“免疫防御主导”向“病理性角化”转变的双相演化模式。
3. NK细胞的动态变化
NK细胞被分为9个亚群。在健康样本中，NK细胞数量稀少且呈静息状态。在轻度痤疮中，特异性富集了表达KRT6A、KRT16、KRT17、S100A7、S100A8、S100A9和SERPINB4等基因的亚群，表现出独特的炎症激活表型。而在重度痤疮中，NK细胞则主要富集于凋亡和功能耗竭亚群。拟时序分析显示，NK细胞在轻度痤疮中主要沿免疫激活轨迹扩增，而在重度痤疮中则主要滞留在凋亡亚群，表明其从早期的炎症放大器演变为后期免疫衰竭的标志性群体。
4. 功能富集分析揭示关键信号通路
功能富集分析发现，在轻度痤疮阶段，NK细胞显著富集于NK细胞介导的细胞毒性、细胞因子-受体相互作用、TNF和趋化因子信号通路，而角质形成细胞则激活了抗菌肽和炎症相关基因（如DEFB4A、S100A8/9）的表达。细胞通讯分析显示，此时NK细胞与角质形成细胞之间通过HSP90AA1-FGFR3/EGFR、B2M-TFRC等配体-受体对建立了“免疫-屏障协同”模式，共同放大局部炎症。而在重度痤疮阶段，NK细胞富集于p53和凋亡通路，角质形成细胞则转向角化和Wnt信号通路，细胞间通讯网络显著收缩，呈现出“免疫耗竭与病理性角化”并存的“免疫-结构失衡”状态。
5. 免疫荧光验证
免疫荧光染色和定量分析从空间和分子水平验证了上述发现。在轻度痤疮阶段，KRT6A和NKG7信号显著上调，表明NK细胞处于高度免疫激活状态。在重度痤疮阶段，尽管KRT6A表达仍高，但NKG7表达显著下降，证实了NK细胞从“早期免疫放大”向“晚期功能耗竭”的转变。同时，角质形成细胞分化标志物KRT10和Involucrin在轻度痤疮阶段即开始显著增加，并在重度痤疮阶段进一步上调且空间分布紊乱，表明角质形成细胞被阻滞在异常分化和病理性角化状态。
研究结论与讨论
本研究通过整合单细胞转录组学和空间验证，重新定义了痤疮的病理本质，即一种由“免疫-屏障双重失衡”驱动的疾病。研究揭示了角质形成细胞和NK细胞在痤疮进展中的核心作用：角质形成细胞从早期的免疫防御角色，转变为后期的病理性角化；而NK细胞则从早期的炎症放大器，演变为后期的功能耗竭。这两者之间的异常相互作用，共同构成了痤疮从轻度向重度发展的关键驱动力。
在机制上，角质形成细胞中TNF和趋化因子通路的富集提示天然免疫激活先于表皮重塑；而NK细胞在p53和凋亡通路中的积累则表明其细胞毒性功能逐渐衰退。这种相互失调形成了一个自我放大的反馈回路：角质形成细胞来源的细胞因子招募并激活NK细胞，而激活的NK细胞又反过来诱导角质形成细胞应激和角化，从而维持炎症和结构破坏。
一个特别引人注目的发现是，在痤疮皮损中，研究人员鉴定出了一个表达角蛋白KRT6A的NK细胞亚群。KRT6A是经典的上皮细胞骨架蛋白，其在NK细胞中的表达是高度非典型的。通过分析线粒体基因比例和检测基因数量，研究人员排除了NK细胞通过吞噬凋亡角质形成细胞而被动获得KRT6A的可能性。相反，研究结果更支持一种由微环境驱动的、主动的炎症重编程机制。在痤疮皮损中富集的促炎细胞因子（如IFN-γ和IL-1β）可能诱导NK细胞发生表观遗传重塑，改变其转录程序，从而使其能够从头表达KRT6A。这种炎症诱导的重编程可能具有重要的适应性意义，帮助NK细胞在高度炎症和易损伤的微环境中维持结构完整性，从而促进其迁移、组织驻留或细胞毒性功能。
从转化医学的角度来看，这些发现提示，传统的抗炎或抗菌治疗可能不足以实现长期管理。相反，旨在保护NK细胞活性同时纠正角质形成细胞分化的双重调节策略，可能提供更持久的缓解。此外，NKG7、KRT6A和KRT10等分子标志物有望作为疾病分期的特异性指标和治疗效果评估的生物标志物，为痤疮的精准医疗奠定基础。
