《Clinical, Cosmetic and Investigational Dermatology》：Integrated Single-Cell Transcriptomics, Multi-Omics, and Mendelian Randomization Reveal Ferroptosis-Related Molecular Subtypes and a Genetically Supported Causal Candidate in Psoriasis
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背景：铁死亡（ferroptosis）参与炎症性皮肤病，但其在银屑病（psoriasis）中的作用仍未完全阐明。研究人员开展了整合多组学分析，联合单细胞转录组学（single-cell transcriptomics）、全转录组学（bulk transcrip
背景：铁死亡（ferroptosis）参与炎症性皮肤病，但其在银屑病（psoriasis）中的作用仍未完全阐明。研究人员开展了整合多组学分析，联合单细胞转录组学（single-cell transcriptomics）、全转录组学（bulk transcriptomics）、机器学习（machine learning）、共识聚类（consensus clustering）和孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR），以表征银屑病中铁死亡相关分子特征、细胞间通讯（intercellular communication）、免疫微环境重塑（immune microenvironment remodeling）、分子亚型（molecular subtypes）及因果生物标志物（causal biomarkers）。方法：分析单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）数据（GSE151177），以量化不同细胞群中的铁死亡活性并推断细胞间通讯网络。整合全转录组数据集（GSE30999、GSE78097）用于差异表达分析及基于SHAP（SHapley Additive exPlanations）解释的机器学习特征筛选。开展共识聚类、免疫浸润（immune infiltration）、功能富集（functional enrichment）和药物重定位（drug repurposing）分析。来自eQTLGen（n=31,684）的顺式表达数量性状位点（cis-expression quantitative trait loci, cis-eQTLs）作为工具变量，用于与FinnGen银屑病全基因组关联研究（genome-wide association study, GWAS）（13,667例病例、395,092例对照）的两样本MR。结果：巨噬细胞/单核细胞（macrophages/monocytes）和成纤维细胞（fibroblasts）显示最高的铁死亡评分。巨噬细胞移动抑制因子（macrophage migration inhibitory factor, MIF）信号（MIF-CD74/CD44、MIF-CD74/CXCR4、MIF-ACKR3）在角质形成细胞（keratinocytes）的外向通讯中占主导。转录组整合获得72个重叠的铁死亡相关基因；机器学习鉴定出8个特征基因（CD24、EFNB2、DDX39A、NDRG4、GPRC5A、S100A8、PRSS8、ITPKC）。CD24（AUC=0.979）和S100A8（AUC=0.974）表现出最佳诊断性能。共识聚类将患者分为两个亚型（C1、C2）；8个基因在C1中均高表达，而C2显示吞噬相关通路上调但先天免疫通路下调。药物富集提示MS-275、染料木黄酮（genistein）和β-肾上腺素能受体激动剂（β-adrenoceptor agonists）为潜在铁死亡调节化合物。MR显示仅PRSS8的eQTL与银屑病风险存在名义显著因果关联（P < 0.05，β = 0.0073）。结论：该多组学研究描绘了银屑病中铁死亡相关图谱，确定MIF信号为关键角质形成细胞通讯轴，建立包含8个特征基因的高性能诊断模型，定义两个不同的免疫-代谢亚型，并提供遗传证据支持PRSS8作为银屑病易感性的推定因果生物标志物，为银屑病提供新见解以及潜在基于铁死亡的生物标志物和治疗靶点。
研究背景与问题：银屑病（psoriasis）是一种慢性免疫介导的炎症性皮肤病，全球患病率约0.5–3.2%，以表皮过度增殖、角质形成细胞分化异常和真皮炎症细胞浸润为特征。现有局部治疗及靶向TNF-α、IL-12/23、IL-17或IL-23的生物制剂改善了疗效，但治疗反应异质，部分患者应答不足或不持久，难治性表现如甲银屑病需个体化策略。铁死亡（ferroptosis）是2012年描述的依赖铁的调节性细胞死亡，以脂质过氧化过度和氧化还原稳态破坏为特征；既往研究显示银屑病皮损角质形成细胞GPX4表达降低、ACSL4表达升高，氧化磷脂酰乙醇胺（PE）积聚，铁死亡抑制剂可改善咪喹莫特（IMQ）诱导的银屑病样皮炎，巨噬细胞和T细胞等免疫细胞也易受铁死亡影响。因此，研究人员整合单细胞转录组学、全转录组学、机器学习、共识聚类和MR，系统探讨铁死亡相关细胞通讯网络、关键基因、分子亚型和潜在因果机制。
研究开展、结论与意义：研究人员分析GSE151177单细胞数据，整合GSE30999和GSE78097全转录组数据训练、GSE13355和GSE14905验证，并结合FinnGen R10银屑病GWAS（13,667例病例、395,092例对照）、eQTLGen（n=31,684）cis-eQTL及FerrDb/GeneCards铁死亡基因集。研究得出巨噬细胞/单核细胞和成纤维细胞铁死亡评分最高，MIF信号主导角质形成细胞外向通讯，鉴定72个重叠铁死亡相关基因和8个特征基因，CD24和S100A8诊断性能突出，共识聚类定义C1/C2亚型，MR提示PRSS8与银屑病风险存在遗传支持关联，药物富集提示MS-275、genistein和β-肾上腺素能受体激动剂等候选化合物。该研究为银屑病铁死亡相关生物标志物、分子分型和治疗靶点提供了整合框架。
关键技术方法（≤250字）：基于GSE151177（银屑病皮损与正常对照）scRNA-seq数据，以Seurat AddModuleScore计算铁死亡评分，CellChat推断细胞通讯；整合GSE30999与GSE78097全转录组数据（ComBat校正批次）筛选差异基因，并在GSE13355、GSE14905验证；采用Stepglm（backward）+Enet（α=0.9）构建诊断模型并以SHAP解释，共识聚类定义亚型；CIBERSORT估计22种免疫细胞，GSEA/GSVA进行功能富集，DSigDB进行药物-基因富集；以eQTLGen（n=31,684）cis-eQTL为工具变量、FinnGen R10银屑病GWAS（13,667例病例、395,092例对照）为结局行两样本MR（IVW主分析，MR-Egger、加权中位数、留一法敏感性分析）。铁死亡基因集来自FerrDb和GeneCards。
研究结果：
单细胞转录组图谱揭示铁死亡活性的细胞类型特异性异质性：对GSE151177质控后保留21,453个高质量细胞，无监督聚类和UMAP识别22个细胞簇并注释为8个主要细胞群；铁死亡评分显示巨噬细胞/单核细胞和成纤维细胞最高，T细胞和未分类细胞较低，角质形成细胞、树突状细胞、黑素细胞和内皮细胞为中等，提示银屑病皮肤微环境中铁死亡活性存在细胞类型特异性异质性。
细胞间通讯分析揭示高/低铁死亡角质形成细胞亚群的信号特征：以CellChat分析配体-受体网络，High_KCs和Low_KCs与树突状细胞、内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞/单核细胞、黑素细胞和T细胞广泛通讯；MIF通路为两种角质形成细胞亚群主要外向信号，MIF-(CD74+CD44)贡献最大，其次为MIF-(CD74+CXCR4)和MIF-ACKR3；Low_KCs在CXCL16–CXCR6等趋化因子相关通路中通讯概率略增强，提示铁死亡活性可能调节特定细胞间信号通路。
整合转录组分析鉴定铁死亡相关差异表达基因：合并GSE30999和GSE78097并以ComBat校正批次后行差异表达分析，再与单细胞High_KCs vs Low_KCs差异基因取交集，获得72个重叠铁死亡相关基因，包括NAMPT、SLC7A5、LGALS1、HMOX1、S100A8、S100A9和ISG15等，热图显示其在银屑病与对照间转录差异明显。
机器学习鉴定具有高诊断准确性的铁死亡相关特征基因：以72个重叠基因评估多种机器学习模型，Stepglm（backward）+Enet（α=0.9）表现最佳，训练队列AUC=0.998，独立数据集验证AUC为0.891–0.963；SHAP排序鉴定CD24、EFNB2、DDX39A、NDRG4、GPRC5A、S100A8、PRSS8和ITPKC八个特征基因，CD24平均绝对SHAP值最高（0.128）；CD24（AUC=0.979）和S100A8（AUC=0.974）诊断性能最佳，8个基因AUC均>0.83，且均在银屑病与对照间显著差异表达。
免疫浸润分析及铁死亡相关特征基因的功能表征：CIBERSORT估计22种免疫细胞，银屑病与对照免疫组成显著不同；特征基因与免疫细胞相关，如CD24与记忆B细胞和浆细胞正相关、与M0巨噬细胞负相关，S100A8与中性粒细胞和活化树突状细胞正相关，NDRG4与调节性T细胞（Tregs）和CD8
+ T细胞正相关，PRSS8与M2巨噬细胞正相关、与静息肥大细胞负相关；单基因GSEA/GSVA显示高NDRG4富集肠道IgA免疫网络、造血细胞谱系和JAK–STAT通路，高PRSS8富集花生四烯酸代谢、鞘脂代谢和溶酶体通路，提示特征基因参与免疫、代谢和细胞信号调控。
药物富集分析：将72个重叠基因提交DSigDB进行药物-基因富集，MS-275富集评分最高，其后包括genistein、dobutamine、terbutaline、etilefrine、fenoterol、diltiazem、dinoprostone、(?)-isoprenaline和alprostadil，涵盖组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂、植物雌激素、β-肾上腺素受体激动剂、钙通道阻滞剂和前列腺素类似物，提示其可能通过调节铁死亡相关基因影响银屑病相关过程。
鉴定银屑病铁死亡相关分子亚型：基于72个重叠基因行共识聚类，k=2为最优，将银屑病样本分为C1和C2；8个特征基因在C1中显著高表达，PCA显示两亚型分离；免疫浸润分析显示亚型间免疫组成不同；GSVA显示C2富集嘌呤脱氧核糖核苷单磷酸代谢、缝隙连接介导细胞间运输、病毒过程负调控、细胞鞘脂稳态和肌动蛋白丝聚合负调控等GO过程，KEGG显示C2富集RIG-I样受体信号、胞质DNA感知、NOD样受体信号、内吞和Fcγ受体介导吞噬等通路，而叶酸生物合成、药物代谢、淀粉和蔗糖代谢、心肌收缩、朊病毒病和肌醇磷酸代谢在C2中相对较低，提示两个铁死亡相关分子亚型具有不同免疫和代谢特征。
孟德尔随机化分析鉴定PRSS8表达与银屑病风险的潜在因果关联：以cis-eQTL为工具变量行两样本MR，仅PRSS8与银屑病风险显著相关（P < 1 × 10
?5，β=0.0073），PRSS8位点变异信号最强[?log
10(P)≈5.0]；S100A8、ITPKC、NDRG4、DDX39A和EFNB2未检测到显著关联（P > 1 × 10
?5），提示PRSS8为潜在因果基因。
讨论部分总结：讨论指出，该整合框架将细胞异质性、细胞间通讯、免疫重塑、分子亚型和遗传因果推断联系起来。主要发现包括：单细胞分析鉴定High_KCs和Low_KCs，High_KCs主要与基底上层角质形成细胞相关，Low_KCs主要分布于基底角质形成细胞及部分成纤维细胞；MIF为银屑病皮损高表达促炎因子，通过CD74、CD44、CXCR4和ACKR3受体复合物介导角质形成细胞与免疫细胞通讯，靶向MIF-CD74/CD44可能同时缓解角质形成细胞过度增殖和免疫失调。特征基因方面，CD24为GPI锚定表面蛋白，与Siglec-10作用抑制巨噬细胞吞噬并可能通过GPX4稳定性影响铁死亡敏感性；S100A8为损伤相关分子模式（DAMP），可通过TLR4激活NADPH氧化酶促进氧化应激和脂质过氧化；NDRG4为p53下游靶点，参与应激反应和增殖控制；PRSS8为丝氨酸蛋白酶，参与表皮分化和屏障完整性；EFNB2与细胞黏附、血管生成和趋化因子信号相关；DDX39A为RNA解旋酶，参与mRNA剪接和核输出；GPRC5A为维甲酸诱导G蛋白偶联受体，与表皮分化相关并可能具保护作用。分子亚型C2富集先天免疫感知和胞内运输通路，C1特征基因表达较高；但研究未直接评估免疫细胞极化、治疗反应或临床表型，需前瞻性临床队列验证。MR提示PRSS8与银屑病易感性相关，但eQTL来自全血而非皮损，组织特异性限制解释；其他基因阴性结果需谨慎。药物富集提示MS-275（entinostat）为选择性HDAC抑制剂，局部给药可改善IMQ小鼠表皮增生和真皮IL-23表达；genistein为天然异黄酮，临床试验显示可降低轻中度银屑病临床严重度和炎症标志物，并抑制STAT3/NF-κB及IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-17、IL-23。局限包括公共数据缺乏独立外部验证、铁死亡评分基因集和阈值具方法学主观性、全血eQTL组织不匹配、多数基因功能主要基于生物信息和文献证据，需实验和前瞻性临床验证。
研究结论翻译：总之，该研究通过整合单细胞转录组学、全转录组学、机器学习、共识聚类和孟德尔随机化分析的多组学框架，系统表征了银屑病中铁死亡相关分子特征。研究人员鉴定出两种具有不同铁死亡状态的角质形成细胞亚群（High_KCs和Low_KCs），并证明MIF信号是银屑病微环境中连接角质形成细胞与免疫细胞的重要通讯通路。此外，研究鉴定出8个具有较强诊断性能的铁死亡相关特征基因，共识聚类揭示两个具有不同免疫和生物学特征的分子亚型。孟德尔随机化分析提供了遗传证据，支持PRSS8表达与银屑病易感性之间的潜在关联。总体而言，这些发现增进了对铁死亡在银屑病中潜在作用的理解，并突出若干候选生物标志物和治疗靶点供进一步研究。未来研究应聚焦于验证所鉴定基因的生物学功能、阐明铁死亡与免疫失调之间的机制关系，并评估靶向铁死亡相关通路及MIF介导细胞间通讯的治疗策略。
