《JID Innovations》：Single-cell profiling reveals multicompartment reprogramming within preserved tissue architecture in frontal fibrosing alopecia
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额部纤维化性脱发（frontal fibrosing alopecia, FFA）是一种原发性淋巴细胞性瘢痕性脱发，其特征为进行性的毛囊周围纤维化和不可逆的脱发。当前的致病模型主要依赖于组织病理学和bulk转录组学，限制了研究人员对区室特异性细胞状态的解析能力
额部纤维化性脱发（frontal fibrosing alopecia, FFA）是一种原发性淋巴细胞性瘢痕性脱发，其特征为进行性的毛囊周围纤维化和不可逆的脱发。当前的致病模型主要依赖于组织病理学和bulk转录组学，限制了研究人员对区室特异性细胞状态的解析能力。研究人员对FFA患者的皮损头皮活检组织与匹配的健康对照进行了单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq），以定义疾病相关的细胞和转录景观。经过保守注释和谱系特异性分析后，研究人员采用考虑供体因素的伪批量差异表达（pseudobulk differential expression）和通路水平方法，对上皮、基质和免疫区室进行了探究。单细胞分析显示，尽管存在临床可见的瘢痕形成，但整体组织结构得以保留，同时伴随着协调的多区室功能性重编程。上皮细胞表现出最强的疾病相关信号，在多种角质形成细胞状态中，特别是在隆突/峡部相关生态位内，干扰素（interferon, IFN）、氧化应激、缺氧和线粒体功能障碍程序显著富集。基质区室则表现出更具选择性的、状态依赖的重塑和代谢应激反应，而免疫改变则较为温和且异质性较强。这些模式在不同分析层面保持一致，并得到了bulk RNA测序和跨疾病比较的独立支持。总体而言，FFA似乎并非由主要的组成性变化驱动，而是由以上皮应激相关状态为主导的、协调的多区室重编程所驱动。
研究背景与科学问题
额部纤维化性脱发（frontal fibrosing alopecia, FFA）是一种原发性淋巴细胞性瘢痕性脱发，临床上表现为进行性的颞额部发际线后退、眉毛脱落和不可逆的毛囊损伤。尽管遗传易感性和环境因素被认为参与其中，但其单一病因尚未明确。FFA最初被认为是毛发扁平苔藓（lichen planopilaris, LPP）的一种临床变异，但其病程独特，进展缓慢且隐匿，常在多年演变后才变得临床明显，并且缺乏可靠的预后标志物。该病虽主要影响绝经后女性，但在男性和更广泛的头皮受累及颅外脱发模式中的报道也在增加，凸显了其不断扩展且异质性强的临床谱系。一个关键的临床特征是，明显的炎症活动与进行性毛囊丢失之间常常存在分离现象。临床、皮肤镜及无创炎症标志物均不能可靠预测病程或治疗反应，这表明炎症负荷本身不足以解释FFA的疾病持续、进展或纤维化结局。当前的致病模型主要基于组织病理学和bulk转录组学研究，强调毛囊免疫豁免的崩溃和靶向漏斗部-峡部区域及隆突干细胞生态位的IFN-γ偏向性免疫激活。然而，这一框架无法完全解释FFA惰性的临床病程、某些皮损样本中相对保留的组织结构，以及广泛免疫抑制疗法有限且不一致的疗效。更广泛地说，bulk转录组学方法难以区分疾病相关信号是反映了细胞组成的改变还是保留谱系内的功能性重编程，也无法解析上皮、基质和免疫区室在皮损重塑中的相对贡献。因此，阐明FFA究竟是以组织组成的重大转变为特征，还是在保留的细胞结构内选择性激活应激相关和重塑相关程序，是当前研究的核心问题。
研究设计与主要发现
为了解答上述问题，研究人员开展了一项两阶段转化研究。在发现阶段，他们对4例FFA患者皮损的头皮活检组织和4例年龄性别匹配的健康对照进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），以单细胞分辨率解析上皮、基质和免疫区室的细胞状态和转录程序。随后，他们利用一个独立的本地bulk RNA测序队列（8例FFA患者 vs. 8例对照）和公共头皮转录组数据集（包括斑秃和头皮银屑病）进行验证和跨疾病比较。研究发现，FFA的特征是在广泛保留的组织架构内发生协调的多区室功能重编程。上皮细胞是疾病相关转录变化的主导驱动者，在多种角质形成细胞状态中，特别是在隆突/峡部相关生态位内，干扰素（IFN）、氧化应激、缺氧和线粒体功能障碍等程序显著富集。相比之下，基质区室的变化更具选择性和状态依赖性，而免疫改变则相对温和且异质性较强。这些发现表明，FFA的疾病进展主要由保留细胞区室内的功能性重编程驱动，而非结构的全面崩溃。
关键技术方法
本研究采用的关键技术方法包括：1）单细胞RNA测序（scRNA-seq）：对来自4例FFA患者和4例健康对照的头皮活检组织进行测序，以获取单细胞分辨率的转录组数据；2）保守的谱系注释与独立重聚类分析：首先进行宽泛的谱系注释，然后对上皮、基质和免疫三大区室分别进行独立的亚聚类分析，以提高注释保真度；3）供体感知的伪批量差异表达分析（donor-aware pseudobulk differential expression）：在区室和细胞状态水平进行差异基因表达分析，以避免单细胞水平上的假重复问题；4）通路水平分析：应用基因集富集分析（gene set enrichment analysis, GSEA）等方法评估生物学通路的活性；5）独立验证队列：使用本地bulk RNA测序队列（8例FFA vs. 8例对照）和公共数据库中的斑秃（alopecia areata, AA）及头皮银屑病（psoriasis）数据集进行外部验证和跨疾病比较。
研究结果
临床队列特征： 单细胞发现队列中的所有参与者均为女性。FFA患者平均年龄66.0岁（范围54-76岁），对照组平均年龄70.0岁（范围63-76岁）。所有FFA患者在活检前均未接受针对FFA的治疗。
宽泛图谱显示FFA头皮中谱系结构保留： 通过对单细胞图谱的保守注释，研究人员解析了主要的皮肤区室，包括上皮、基质、免疫、内皮、壁细胞和皮脂腺相关群体。上皮细胞是FFA和对照组样本中的主要群体。整体细胞组成在两组间大致可比，低维嵌入图显示FFA与对照细胞之间存在大量重叠，证实了皮损头皮中主要谱系结构的保留。
谱系特异性分析揭示区室特异的细胞状态： 通过对上皮、基质和免疫区室进行独立重分析，研究人员识别了详细的细胞亚型。在上皮区室中，所有主要上皮状态在两组中均可检测到，支持了上皮谱系结构的保留。FFA中观察到一些温和但一致的组成性变化，如IFE_suprabasal比例增加，ORS_basal和炎性伤口相关群体比例减少。基质区室的组成也基本保留，变化主要由供体间差异驱动。免疫区室的组成显示出显著的供体间变异性，没有单一的免疫群体在FFA中一致性地扩增。
跨区室转录组分析揭示共享和特异性的程序： 整合谱系特异性差异表达分析揭示了一个跨区室共享的核心转录特征，主要由干扰素刺激基因主导。尽管如此，仍存在区室特异性模式：上皮细胞显示出最突出的炎症和应激相关变化；基质反应更具选择性；免疫反应则表现出更大的状态水平异质性。通路水平分析进一步确认，上皮细胞展现出协调的功能重编程，涉及IFN相关、抗原呈递、炎症和应激程序。基质细胞中，SFRP2+PI16+成纤维细胞额外富集了DNA修复相关程序。免疫细胞中，CD163+FOLR2+组织驻留巨噬细胞显示出IL6/JAK/STAT3信号的富集。
隆突/生态位上皮状态在FFA中显示应激和IFN相关重塑： 对隆突/生态位上皮状态的分析显示，这些群体在两组中均得以保留，但在FFA中，它们与高应激和高IFN上皮程序的重叠增加。基因水平分析表明，隆突/生态位身份标记物得以维持，但重塑相关基因的表达发生改变，这符合状态特异性功能重编程而非上皮身份丢失的特征。
密度映射揭示区室特异性定位： 密度基映射分析显示，在上皮细胞中，应激相关程序（如IFN反应、氧化应激、缺氧和线粒体功能障碍）在多种细胞状态中分布更广。而在基质和免疫区室中，程序活性则更多地局限于其谱系特异性嵌入图的离散区域。
免疫组化支持毛囊周围免疫浸润和上皮-基质重塑： 免疫组化分析显示，与对照组相比，FFA样本中毛囊周围CD4+和CD8+T细胞浸润增加。同时，隆突和生态位相关标记物CK15和CD200的表达模式发生改变，与毛囊上皮区室的功能重塑相一致。
独立bulk RNA测序支持上皮应激和重塑程序： 在一个独立的FFA与解剖部位匹配的对照头皮样本的bulk RNA测序队列中，研究人员成功复现了单细胞数据中识别的关键通路方向，包括IFN相关、炎症、上皮应激相关和重塑相关的特征。高阶模块分析进一步显示，上皮应激和间充质重塑程序的协同激活与临床严重程度的相关性比广泛的免疫炎症程序更强。
跨疾病比较揭示共同的炎症骨架和FFA独特的应激-重塑平衡： 通过与斑秃和头皮银屑病的公共转录组数据进行比较，研究人员发现这些炎症性头皮疾病共享一个保守的炎症骨架，以IFN相关和免疫激活特征为主。然而，FFA展现出独特的转录谱，即相对于非瘢痕性疾病，其上皮应激、伤口反应和重塑相关程序相对富集。
讨论与结论
本研究的核心结论是，FFA的特征是在广泛保留的组织架构内发生多区室皮损重编程，尤其体现在发际线的活跃疾病前沿。这一发现修正了当前的致病模型，指出疾病进展主要是由保留细胞区室内的功能性重编程驱动，而非结构性崩溃。在此框架下，上皮细胞是疾病相关转录变化的主导驱动者，而基质重塑更具选择性，免疫改变则相对异质性更强。一个核心发现是，尽管存在显著的疾病相关程序活性变化，但上皮谱系结构（包括毛囊间、毛囊和附件状态）得以保留。这种持续的、而非终末衰竭的上皮激活模式，可能有助于解释FFA的惰性病程——即进行性毛囊萎缩可以在可识别的组织区室相对保留的情况下发生。研究人员的发现细化了当前以免疫为中心的FFA模型。虽然现有框架强调IFN-γ驱动的免疫豁免崩溃和细胞毒性毛囊损伤，但研究人员并未观察到广泛的免疫重构作为皮损景观的主要特征。相反，免疫改变相对有限、异质性强，且主要体现在功能状态水平，这与更为一致的上皮程序转变形成对比。这种上皮与免疫信号的相对分离表明，在已建立的皮损组织中，上皮重编程可能独立于广泛的免疫扩张而持续存在。从转化角度看，这些发现提示，在已确立的FFA中，单纯的炎症可能不足以解释疾病的持续进展和不可逆的毛囊丢失，也可能不是最有效的治疗切入点。相反，上皮应激相关状态和选择性基质重塑程序成为与慢性皮损持续更密切相关的候选过程。总之，本研究数据支持一个模型，即在结构保留的组织框架内，由主导且广泛分布的上皮应激相关程序（集中于毛囊上皮状态）驱动的多区室转录重编程是FFA疾病持续和进展的核心机制。
