CXCR4与FLT1作为阿尔茨海默病与帕金森病共享免疫枢纽基因的发现与机制研究

本研究针对阿尔茨海默病(AD)与帕金森病(PD)共有的神经炎症机制不清的问题，通过整合脑组织微阵列数据，鉴定出11个枢纽免疫相关基因(IRGs)，其中CXCR4和FLT1在患者脑组织中显著上调，与细胞因子信号传导和轴突导向通路相关，并关联特定免疫细胞亚群，为神经退行性疾病共病提供了新的生物标志物和治疗靶点。

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)和帕金森病(Parkinson's disease, PD)作为两种最常见的神经退行性疾病，在全球范围内影响着数千万人的健康。AD主要表现为进行性认知功能下降，其核心病理特征包括β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积形成的老年斑和Tau蛋白过度磷酸化导致的神经原纤维缠结。PD则以运动功能障碍为主要临床表现，其病理基础是中脑黑质多巴胺能神经元的丢失和α-突触核蛋白(α-synuclein)的异常聚集。尽管这两种疾病在临床表现和病理特征上有所不同，但它们共享诸多共同点：都与年龄增长密切相关，都存在中枢及外周免疫系统的紊乱，且临床上经常出现共病现象——超过80%的PD患者最终会发展成帕金森病痴呆(PDD)，而半数以上的AD患者也会出现运动症状。

近年来，神经炎症在神经退行性疾病中的作用日益受到关注。研究表明，小胶质细胞的异常激活、促炎细胞因子的释放以及外周免疫细胞的浸润共同构成了神经炎症的核心特征。在AD中，激活的小胶质细胞与Aβ斑块共定位，并与Tau蛋白负荷相关；在PD中，Toll样受体(TLR)介导的炎症反应可能导致多巴胺能神经元的退化。此外，两种患者的外周血中也发现炎症因子如IL-1β、IL-6和TNFα的升高。然而，这些免疫相关机制在AD和PD中的共同作用尚不清楚，特别是哪些免疫相关基因(Immune-Related Genes, IRGs)在这两种疾病中扮演关键角色，仍有待深入探索。

为了解决这一问题，周开格等研究人员在《BMC Medical Genomics》上发表了他们的最新研究成果。他们通过整合AD和PD脑组织的微阵列数据集，系统性地筛选和验证了这两种疾病共享的免疫相关基因特征和潜在分子机制，并发现了两个关键的枢纽基因CXCR4和FLT1。

研究人员采用多个微阵列数据集（GSE49036、GSE20146、GSE20141、GSE7621用于PD，GSE5281用于AD），通过差异表达分析筛选出在AD和PD中共同差异表达的免疫相关基因。使用蛋白互作(PPI)网络构建和多种算法（MCC、MNC、Degree等）识别枢纽基因，并通过GO和KEGG富集分析探索生物学功能和通路。利用PDD数据集(GSE150696)验证基因表达和诊断效能，采用Western blot在AD（APP/PS1小鼠）和PD（MPTP诱导）模型中对关键蛋白进行实验验证，使用CIBERSORT分析免疫细胞浸润情况，并借助NetworkAnalyst构建TF-miRNA调控网络。

识别差异表达基因和共享免疫相关基因

研究人员首先从AD数据集(GSE5281)中鉴定出6351个差异表达基因(DEGs)，其中2745个上调，3606个下调。从PD的四个数据集中共识别出1519个DEGs（799个上调，720个下调）。通过与国际免疫基因组计划(ImmPort)数据库中的1793个免疫相关基因取交集，他们发现AD和PD分别有375和97个免疫相关DEGs，其中36个是两种疾病共享的IRGs。

功能富集分析揭示共同生物学通路

GO和KEGG富集分析显示，这些共享的IRGs显著富集于免疫反应、细胞因子活性、细胞膜外部组分等生物学过程和相关通路。最显著的共享KEGG通路是细胞因子-细胞因子受体相互作用(hsa04060)。

构建PPI网络并识别枢纽基因

通过STRING数据库构建蛋白互作网络，包含27个节点和47条边。利用Cytoscape的cytoHubba插件通过六种算法(MCC、MNC、Degree、DMNC、EPC和Closeness)筛选出11个枢纽IRGs：CXCR4、FLT1、SLIT2、SLIT1、SEMA6D、SEMA3G、PPARG、SOCS3、FGF13、AGRP和FGF11。

验证枢纽基因的诊断价值和表达水平

ROC曲线分析显示，CXCR4、FLT1、FGF11和PPARG在PDD数据集中具有较高的诊断价值(AUC>0.7)。在PDD患者脑组织中，CXCR4和FLT1的表达显著上调。Western blot实验进一步证实，在AD(APP/PS1小鼠)和PD(MPTP诱导)模型脑组织中，CXCR4和FLT1蛋白表达均显著高于对照组。

免疫细胞浸润分析

CIBERSORT分析显示，在AD样本中M1巨噬细胞显著增加(P=0.0057)，在PD样本中静息NK细胞(P=0.032)和中性粒细胞(P=0.05)的比例显著升高。相关性分析发现，CXCR4与静息记忆CD4⁺ T细胞在AD和PD中均显著相关，而FLT1则表现出疾病特异性的免疫细胞相互作用模式。

构建TF-miRNA调控网络

通过NetworkAnalyst构建的转录因子(TF)-miRNA调控网络包含63个节点和64条边，涉及39个TF基因和22个miRNA。CREB1、STAT1和STAT3是与枢纽基因相互作用最多的转录因子。

本研究通过生物信息学分析和实验验证，系统地揭示了AD和PD共享的免疫相关分子机制。研究发现CXCR4和FLT1是这两种神经退行性疾病中关键的共享免疫枢纽基因，它们在患者脑组织和动物模型中均显著上调，且与细胞因子信号传导和轴突导向通路密切相关。

这些发现具有重要的科学意义和临床价值：首先，CXCR4和FLT1可能作为AD和PD共病的潜在生物标志物，有助于早期诊断和疾病进展监测；其次，静息记忆CD4⁺ T细胞作为CXCR4相关的共同免疫细胞亚群，为理解神经退行性疾病中的免疫失调提供了新视角；第三，TF-miRNA调控网络的构建揭示了CREB1和STAT1/3等关键转录因子在调节这些免疫基因表达中的重要作用，为开发靶向治疗提供了新思路。

该研究不仅深化了对AD和PD共享机制的理解，也为开发针对神经退行性疾病共病的新型治疗策略奠定了基础。未来的研究可以进一步探索针对CXCR4和FLT1的靶向治疗，以及调节特定免疫细胞亚群作为治疗神经退行性疾病的新方法。