基于机器学习的免疫转录组分析揭示慢性鼻窦炎伴鼻息肉的免疫特征基因

本研究针对慢性鼻窦炎伴鼻息肉（CRSwNP）的免疫调控机制不明问题，通过整合多队列转录组数据和机器学习算法，筛选出CXCR1、CCL13、CCR3、PPBP和MMP9五个关键免疫相关基因（DIRGs），并验证其与巨噬细胞/肥大细胞浸润的关联。该研究为CRSwNP的分子分型和靶向治疗提供了新依据，发表于《Scientific Reports》。

　　

慢性鼻窦炎伴鼻息肉（CRSwNP）是全球约10%人群罹患的顽固性炎症疾病，临床表现为鼻塞、嗅觉丧失和面部压迫感，其复发率高且治疗成本巨大。尽管已知Th2型炎症与嗜酸性粒细胞浸润是主要特征，但免疫微环境的异质性和分子机制仍不明确。尤其令人困惑的是，不同地域患者的炎症类型存在显著差异，这给精准治疗带来挑战。在此背景下，哈尔滨医科大学附属第二医院的研究团队通过多组学整合分析，首次系统揭示了CRSwNP的免疫转录特征，相关成果发表于《Scientific Reports》。

研究采用GSE136825（42例息肉/28例对照）和GSE36830（6例息肉/6例对照）的公共转录组数据，结合ImmPort数据库的1509个免疫相关基因（IRGs），通过limma包筛选差异基因。运用LASSO回归和mSVM-RFE机器学习算法筛选标志物，并通过20例CRSwNP患者和12例对照的本地队列进行RT-qPCR和免疫组化验证。免疫浸润分析采用CIBERSORT算法，功能实验包括鼻上皮细胞（HNEpC）的基因敲降/过表达和ELISA检测。

差异免疫相关基因的鉴定
分析发现660个差异表达基因（DEGs），其中81个为免疫相关（DIRGs）。热图和火山图显示CXCR1、CCL13等基因显著上调（图2A-B）。这些基因富集于细胞趋化（如GO:0060326）和细胞因子-受体相互作用通路（KEGG:04060）（图3A-B）。

关键生物标志物的筛选
PPI网络鉴定出10个枢纽基因（图3D），机器学习进一步锁定CXCR1、CCL13、CCR3、PPBP和MMP9五个核心基因（图5E）。PCA分析显示它们可清晰区分患者与对照（图6A）。在验证队列中，CXCR1在T1型（非Th2型）炎症中高表达，CCL13/CCR3与T2型（Th2型）相关，而MMP9在T3型中上调（图7F-J）。

免疫细胞浸润特征
CIBERSORT分析揭示CRSwNP组M2型巨噬细胞和肥大细胞浸润增加（图10B）。值得注意的是，CXCR1与中性粒细胞呈正相关（r=0.62），而PPBP过表达可促进鼻上皮细胞分泌IL-8（图9F），暗示其在非Th2型炎症中的作用。

实验验证与机制探索
免疫组化证实五个标志物蛋白在息肉组织中的差异表达（图8）。其中CCR3作为嗜酸性粒细胞趋化因子受体，其上调与复发风险相关；而MMP9通过降解细胞外基质参与组织重塑。这些发现与既往研究EDN（嗜酸性粒细胞衍生神经毒素）激活MMP9的机制相呼应。

该研究首次通过机器学习整合多维度数据，揭示CRSwNP的免疫特征基因群及其与不同炎症内型的关联。特别重要的是，CXCR1和PPBP的发现为中性粒细胞主导的非Th2型息肉提供了新治疗靶点，而CCL13-CCR3轴可能成为嗜酸性息肉生物制剂的补充靶标。研究者建议未来应基于这些标志物开发分型诊断工具，并探索针对M2巨噬细胞/肥大细胞的联合干预策略。这一成果为CRSwNP的精准医疗奠定了分子基础，也为其他慢性炎症疾病的机制研究提供了方法论参考。