靶向EGR1-ATF3信号通路调控细胞死亡与炎症衰老延缓椎旁肌退变的机制研究

本研究针对椎旁肌退变(PMD)导致的脊柱稳定性丧失和慢性腰痛问题，通过RNA测序技术鉴定出409个差异表达基因，首次揭示EGR1-ATF3信号轴通过调控CDKN1A/p21、IL-6等关键因子介导细胞铁死亡(Ferroptosis)、焦亡(Pyroptosis)和炎症衰老(Inflammaging)的分子机制，为PMD诊断和治疗提供了新靶点。研究发表于《Biological Research》，具有重要临床转化价值。

　　

随着年龄增长，人体椎旁肌逐渐出现脂肪浸润、纤维化和肌肉萎缩，这种退行性改变被统称为椎旁肌退变(Paraspinal Muscle Degeneration, PMD)。作为维持脊柱动态稳定的关键结构，椎旁肌退化会引发脊柱不稳和慢性腰痛，形成"肌肉退化-疼痛-活动减少"的恶性循环。全球范围内65岁以上人口占比持续攀升，使得PMD相关疾病负担日益加重。尽管临床已认识到PMD的重要性，但其核心分子机制尚未阐明，特别是炎症衰老(Inflammaging)与细胞死亡途径的交互作用仍待揭示。

广州中医药大学第一附属医院骨科、河南省洛阳正骨医院微创脊柱外科与中国科学技术大学附属第一医院脊柱外科的研究团队联合开展研究，通过多组学分析和功能实验，首次系统阐明了EGR1-ATF3信号轴在PMD中的核心调控作用。研究发现该通路通过协调铁死亡、焦亡等多重细胞死亡方式，驱动炎症衰老和细胞外基质降解，相关成果发表在《Biological Research》期刊。

研究采用的主要技术方法包括：1)收集临床PMD患者和正常对照的椎旁肌组织进行RNA测序；2)通过生物信息学分析筛选409个差异表达基因和81个功能相关基因；3)利用STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白互作网络鉴定枢纽基因；4)分离培养人原代肌肉干细胞(MuSCs)进行功能验证；5)采用双荧光素酶报告基因实验验证转录因子调控关系。

研究结果部分的重要发现包括：

Identification and analysis of the gene and miRNA expression profiles in PMD using RNA sequencing
通过RNA测序鉴定出409个差异表达基因(DEGs)和12个差异miRNAs(DEMs)，其中ATF3、CDKN1A/p21和IL-6等促炎和促凋亡基因显著上调，为后续研究指明方向。

Identification of the key functional hub DEGs in PMD
筛选出81个与铁死亡、细胞衰老等病理过程相关的功能基因，通过五种算法确定ATF3、CDKN1A/p21和IL-6为关键枢纽基因。实验验证显示这些基因在PMD组织中表达显著升高。

Exploration of the biological characteristics and functions of the key functional DEGs
GO和KEGG分析揭示这些基因富集于肌肉分化、炎症反应和氧化应激等通路，特别是ATF3参与调控肌肉器官发育，IL-6介导炎症反应，CDKN1A调控细胞周期。

Construction of transcription factor(TF)-DEGs regulatory network in PMD
转录因子调控网络分析发现EGR1是ATF3的上游调控因子，单细胞测序数据证实两者在退变椎旁肌和肌肉干细胞中协同上调。

ATF3 was identified as a target gene of EGR1
双荧光素酶报告实验证实EGR1直接结合ATF3启动子区域，过表达EGR1可显著提升ATF3的mRNA和蛋白水平，而敲低EGR1则产生相反效果。

Silencing of ATF3 prevented PMD by regulating muscs death and inflammaging
功能实验表明ATF3过表达会降低谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)和蛋白聚糖(Aggrecan)水平，增加IL-6、GSDME和Caspase-3表达，促进铁蓄积和ROS产生；而敲低ATF3则能逆转这些病理改变。

Blocking EGR1-ATF3 signaling mitigated PMD progression
干预EGR1-ATF3信号轴可同步改善铁死亡、焦亡、炎症衰老和ECM降解等多重病理过程，证实该通路在PMD中的核心调控地位。

The diagnostic value of the key functional hub DEGs in PMD patients
ROC曲线分析显示ATF3等枢纽基因具有优异的诊断区分度(AUC=1)，有望成为PMD的潜在生物标志物。

研究结论与讨论部分强调，这项工作首次系统描绘了PMD的分子图谱，揭示EGR1-ATF3-CDKN1A/p21-IL-6信号轴通过以下机制促进椎旁肌退化：1)激活GSDME介导的焦亡和GPX4调控的铁死亡；2)诱发IL-6/IL-1β驱动的慢性炎症；3)破坏ECM稳态。这些发现不仅解释了PMD的核心病理机制，更重要的是提供了可干预的分子靶点——通过抑制EGR1-ATF3信号轴，有望同时阻断细胞死亡、炎症衰老和ECM降解这三大病理环节。研究还创新性地提出肌肉干细胞(MuSCs)可能是该通路的关键效应细胞，为开发靶向干细胞治疗策略奠定基础。尽管仍需大样本验证和动物实验，但该研究无疑为PMD的精准诊断和治疗开辟了新途径，对改善老年人群脊柱健康具有重要意义。