Integrative computational toxicology reveals PFOS and PFHxS associated inflammatory keratinocyte niches in psoriasis through exposure transcriptomics, single-cell spatial mapping and token-aware virtual perturbation

Resumen Técnico: Toxicología Computacional Integrativa de PFOS y PFHxS en la Psoriasis

Planteamiento del Problema
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) son contaminantes ambientales persistentes con conocidos efectos inmunológicos y metabólicos, aunque su relevancia específica para las enfermedades cutáneas inflamatorias como la psoriasis sigue sin estar clara. Mientras que la psoriasis se caracteriza por la hiperplasia epidérmica y la infiltración inmunitaria impulsada por el eje IL-23/IL-17, se reconoce cada vez más el papel de los programas metabólicos y transcripcionales intrínsecos de los queratinocitos en el mantenimiento de las lesiones. Sin embargo, la toxicología de redes convencional carece a menudo de evidencia transcriptómica inducida por la exposición, y los atlas de célula única de la psoriasis no identifican inherentemente programas de respuesta ambiental. Existe la necesidad de un marco integrativo que vincule los programas de exposición a las perfluoroalquil sulfonatos (PFSA) con los nichos inflamatorios centrados en los queratinocitos en la psoriasis, sin inferir causalidad únicamente a partir de datos públicos.

Metodología
El estudio empleó un flujo de trabajo de toxicología computacional multicapa que integra la priorización química, la transcriptómica de la exposición, la transcriptómica de la enfermedad y el modelado del contexto tisular:

1. Priorización Química: Se clasificaron seis PFAS (PFOA, PFHxA, PFBA, PFOS, PFHxS, PFBS) utilizando una puntuación compuesta basada en descriptores químicos (longitud de cadena, recuento de flúor), similitud de Tanimoto, evidencia toxicológica (CTD, CompTox), cobertura de eventos clave tipo AOP (vía de enfermedad adversa) y soporte de read-across.
2. Transcriptómica de la Exposición: Se derivaron firmas de expresión diferencial de GSE236956, utilizando modelos de linaje epitelial derivados de células madre embrionarias humanas expuestos a 10 μM de PFAS durante 8–16 días. Las firmas se analizaron a nivel de genoma completo, de conjuntos de genes y de módulos toxicológicos curados.
3. Convergencia de la Enfermedad: Las firmas de PFAS (específicamente PFOS, PFHxS y el promedio de PFSA) se compararon con transcriptomas de volumen (bulk) de psoriasis (GSE13355) mediante concordancia a nivel de rango (correlación de Spearman) y puntuación de convergencia a nivel de módulo.
4. Mapeo de Célula Única y Espacial:
   • Célula Única: Se procesó GSE151177 para resolver 24 clústeres. Se calcularon las puntuaciones de los módulos PFOS/PFHxS y se mapearon a estados celulares (basal, diferenciado, activado, en ciclo). Se utilizaron MiloR y Augur para evaluar la abundancia de vecindarios y la priorización de tipos celulares.
   • Espacial: Se utilizaron datos de transcriptómica espacial de GSE202011 para proyectar las puntuaciones de los módulos sobre secciones de tejido. La transferencia de estilo Tangram estimó el enriquecimiento del estado de los queratinocitos, y el modelado de estilo MISTy clasificó los predictores de la estructura del nicho espacial.
5. Análisis Regulatorio y de Perturbación:
   • Reguladores: Se infirieron reguladores upstream (p. ej., NF-κB, AP-1, CEBPB) e interacciones ligando-objetivo intercelulares (NicheNet, CellChat).
   • Perturbación Virtual: Un marco de modo dual priorizó los genes efectores mediante deleción/sobreexpresión virtual basada en PCA y perturbación compatible con Geneformer sensible a tokens. El puntaje de efector final combinó la evidencia original, el soporte de Geneformer y la estabilidad de bootstrap.

Resultados Clave

• Priorización Química: PFOS obtuvo el rango más alto (puntuación 0.95) en la priorización integrada, seguido de PFHxS (0.65) y PFOA (0.57). PFOS y PFHxS mostraron el mayor soporte combinado a través de las capas de evidencia estructural, de bases de datos, transcriptómica y AOP.
• Firmas de Exposición: PFOS indujo la mayor respuesta transcripcional (635 genes sobreexpresados, 521 subexpresados). PFHxS produjo una firma más pequeña pero direccionalmente informativa (29 genes sobreexpresados, 12 subexpresados) que se correlacionó positivamente con PFOS (r = 0.60). Las respuestas compartidas involucraron módulos de queratinocitos inflamatorios, citoesqueleto y relacionados con lípidos.
• Convergencia Transcriptómica: Aunque la concordancia global entre la exposición a PFAS y la psoriasis fue modesta (Spearman r ≈ 0.13), módulos específicos (inflamación epitelial, estrés del queratinocito, remodelación del citoesqueleto, NF-κB, JAK/STAT) mostraron una fuerte convergencia. Los principales genes convergentes incluyeron IGFL1, TCN1, CXCL8, S100A9, KRT6A y CCL2.
• Localización Celular: El análisis de célula única localizó el programa PFOS/PFHxS en queratinocitos activados y en selectos compartimentos mieloides/fibroblásticos. Las puntuaciones de PFOS/PFHxS fueron más altas en queratinocitos activados y aumentaron a lo largo de una trayectoria de activación desde el estado basal hacia el diferenciado/activado.
• Validación Espacial: La transcriptómica espacial confirmó que las puntuaciones centrales de PFOS/PFHxS se colocalizaron fuertemente con las puntuaciones de queratinocitos inflamatorios (ρ = 0.90) y las puntucciones de estrés epidérmico (ρ = 0.93) en tejido lesional. El núcleo de PFOS/PFHxS fue el predictor dominante de la estructura del nicho espacial.
• Priorización de Efectores: La perturbación virtual priorizó un conjunto compacto de efectores candidatos: S100A9, S100A8, KRT16, IL36G, CCL20, CXCL8, FABP5, KRT17, FOS, JUN y NFKBIZ. Estos genes abarcan la biología de las alarminas, la activación de los queratinocitos, la señalización de quimiocinas y el manejo de lípidos.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar una hipótesis toxicogenómica coherente y experimentalmente comprobable que vincula los programas de exposición a PFSA persistentes (específicamente PFOS y PFHxS) con los nichos inflamatorios de los queratinocitos en la psoriasis.

• Generación de Hipótesis: El estudio no pretende establecer la causalidad a partir de datos públicos, sino definir un puente mecánico donde los programas de respuesta a PFOS/PFHxS convergen con los estados de los queratinocitos asociados a la psoriasis (activación, estrés, inflamación).
• Plausibilidad Mecanística: Los hallazgos sugieren que la exposición a PFAS puede reforzar las lesiones psoriásicas a través de vías compartidas que involucran NF-κB, AP-1, alarminas (S100A8/A9) y quimiocinas (CCL20, CXCL8), alineándose con la biología conocida de la psoriasis donde los queratinocitos impulsan activamente la inflamación.
• Contribución Metodológica: El trabajo demuestra la utilidad de un marco integrativo que combina el read-across químico, la transcriptómica de la exposición, el mapeo de célula única/espacial y la perturbación virtual sensible a tokens para priorizar factores de riesgo ambiental en enfermedades inflamatorias complejas.
• Dirección Futura: Los autores declaran explícitamente que estos hallazgos requieren validación en modelos de toxicología relevantes para la piel (p. ej., queratinocitos humanos primarios, epidermis reconstruida) utilizando concentraciones relevantes para la exposición y endpoints específicos (p. ej., acumulación en el sitio objetivo, remodelación lipídica, activación de vías).