多组学分析与Nephroseq数据库：研究糖尿病肾病患者中与肾功能相关的基因，以预测潜在的治疗靶点药物

《Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity》：Multi-Omics Analysis and Nephroseq Database of Genes Related to Kidney Function in Diabetic Nephropathy Patients to Predict Potential Target Drugs

糖尿病肾病（DN）分子机制研究通过整合转录组学和蛋白质组学分析，发现FN1、ICAM1、ANXA2和APOA1是关键靶点，与肾纤维化及肾功能下降显著相关。

　　糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy, DN）是2型糖尿病患者中最为常见的慢性并发症之一，也是导致终末期肾病（End-Stage Renal Disease, ESRD）的主要原因。据研究显示，约有40%的糖尿病患者最终会发展为慢性肾脏病（Chronic Kidney Disease, CKD）甚至ESRD。CKD通常定义为肾脏结构或功能异常持续超过三个月，且满足至少一项标准，例如估计肾小球滤过率（eGFR）低于60 mL/min/1.73 m2或存在肾损伤标志物，如蛋白尿。然而，部分患者即使没有明显的蛋白尿也会进展至ESRD，伴随着严重的病理变化，如肾小管间质纤维化。因此，如何实现DN的早期检测和干预仍是当前医学研究的重要挑战。

当前，DN的治疗主要依赖于严格的血糖和血压控制。已有研究表明，一些降糖药物，如胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1RAs）和钠-葡萄糖共转运蛋白-2抑制剂（SGLT2i），能够有效延缓CKD的进展。尽管如此，这些治疗手段仍然存在一定的局限性。因此，深入探讨DN的分子机制，有助于发现更有效的治疗策略。

DN的发病机制复杂，涉及多种病理生理过程。首先，肾小球血流动力学紊乱导致高滤过和高灌注，这是DN早期的常见表现。其次，慢性低度炎症和纤维化进程在DN的进展中扮演重要角色。此外，代谢异常和表观遗传修饰、肠道菌群失调及其产生的肾毒性代谢产物，以及肾小管间质的进行性损伤，均与DN的发展密切相关。这些病理过程通常伴随着肾脏组织中基因表达和蛋白组成的显著变化。

随着高通量技术的发展，转录组学和蛋白质组学成为系统研究DN分子特征的强大工具。通过整合生物信息学和机器学习方法，研究人员已经识别出一些关键的分子特征，如FN1、C1orf21、CD36、CD48和SRPX2，这些分子被证实与肾损伤相关，并且其表达水平与GFR（肾小球滤过率）存在显著关联。此外，结合单基因测序与Nephroseq数据库分析的研究还提出了PROM1和THY1作为与纤维化相关的关键基因。然而，当前研究仍面临一些挑战，例如大多数研究依赖单一组学方法，缺乏整合多组学分析，以及过度依赖公共数据集可能导致样本组成、数据采集和实验条件的偏差。因此，本研究采用结合转录组学和蛋白质组学的方法，对糖尿病小鼠模型的肾脏组织进行分析，旨在通过生物信息学筛选，识别核心差异表达分子，并进一步验证其在人类DN中的表达模式及其与肾功能的关联，从而为DN的分子机制研究和新药开发提供理论依据。

本研究中，实验采用C57BL/6J小鼠，分为正常对照组和糖尿病模型组。糖尿病模型组的小鼠通过高脂饮食（HFD）和链脲佐菌素（STZ）建立2型糖尿病模型。在建立模型后，研究人员对小鼠的空腹血糖水平和葡萄糖耐量进行测试，以评估其血糖代谢情况。随后，收集小鼠的肾脏组织，其中左肾迅速冷冻保存以进行转录组学和蛋白质组学分析，右肾则用4%多聚甲醛固定后制作石蜡包埋切片，用于后续的组织学染色。

在蛋白质组学分析中，研究人员使用无标签定量（Label-Free Quantification, LFQ）方法对六个样本（每组三个）进行检测，共鉴定出5124个可定量的蛋白质，每个蛋白质至少包含一个独特的肽段，并且假发现率（FDR）低于1%。通过主成分分析（PCA）可以明显区分两组之间的整体蛋白表达差异。根据表达倍数变化大于1.5或小于0.67以及p值小于0.05的标准，研究人员鉴定了887个差异表达蛋白（DEPs），其中包括687个显著上调蛋白和200个显著下调蛋白。功能注释分析显示，这些差异表达蛋白主要涉及胆固醇代谢、SGE-RAGE信号通路以及与脂质消化吸收相关的通路。

转录组学分析显示，糖尿病小鼠的肾脏组织中，有4156个基因显著上调，1121个基因显著下调。这些差异表达基因（DEGs）的功能注释表明，它们与细胞免疫反应、自噬、炎症反应和脂质代谢密切相关。KEGG通路分析进一步揭示了这些基因在多个重要通路中的富集，如细胞因子-细胞因子受体相互作用、造血细胞谱系、细胞粘附分子、破骨细胞分化、炎症性肠病、利什曼病、原发性免疫缺陷、病毒蛋白与细胞因子及细胞因子受体的相互作用，以及类风湿性关节炎等。

为了进一步缩小潜在的功能靶点，研究人员将转录组学和蛋白质组学数据进行整合，通过韦恩图分析，鉴定了240个同步上调基因和111个同步下调基因。利用STRING在线工具构建了这些重叠基因的蛋白质-蛋白质相互作用网络，并通过Cytoscape中的CytoHubba插件识别出前10个枢纽基因，包括FN1、TTR、APOA1、ITGB2、APOE、PTPRC、STAT3、VTN、ICAM1和ANXA2。这些枢纽基因在DN患者的肾脏组织中表现出显著的表达变化，并且其表达水平与eGFR（估计肾小球滤过率）存在显著相关性。具体而言，FN1、STAT3、ICAM1和ANXA2在DN患者中显著上调，而APOA1则显著下调。进一步的分析表明，FN1、ICAM1和ANXA2的表达水平与eGFR呈负相关，而APOA1的表达水平与eGFR呈正相关。

这些发现不仅揭示了DN的分子机制，还为未来的治疗策略提供了新的思路。例如，FN1在肾小球基底膜增厚和肾小管间质纤维化中起关键作用，可能通过激活TGF-β信号通路和促进肌成纤维细胞活化来加重肾纤维化。ICAM1则主要表达于内皮细胞和免疫细胞表面，可能通过促进炎症细胞浸润和维持肾组织中的促炎微环境来推动DN的进展。ANXA2作为一种钙依赖性磷脂结合蛋白，参与多种细胞过程，如膜修复、胞吐作用、胞吞作用以及细胞间连接的维持。它可能通过促进细胞增殖、增强炎症反应、作为慢性肾病预后标志物以及参与钙沉积相关的通路，从而在DN的病理过程中发挥重要作用。而APOA1作为高密度脂蛋白（HDL）的主要结构成分，其表达下调可能导致HDL生物合成受阻，进而影响胆固醇逆向转运，加重氧化应激和炎症反应，促进肾小球硬化和肾小管功能障碍，增加动脉粥样硬化和DN进展的风险。

研究结果表明，FN1、ICAM1、ANXA2和APOA1可能是DN治疗的重要靶点。然而，本研究仍存在一些局限性。首先，研究结果基于转录组学和蛋白质组学分析，需要进一步的功能研究来验证其作用机制。其次，由于本研究为横断面设计，无法明确基因表达与DN进展之间的因果关系。最后，用于验证的DN患者样本数量相对较少，需要更大规模的队列研究来确认这些发现的普遍性。

总体而言，本研究通过整合多组学数据，揭示了DN的分子机制，并识别出可能的治疗靶点。这些发现不仅有助于理解DN的复杂病理过程，还为开发新的治疗策略提供了重要的理论基础。未来的研究应进一步探索这些分子在DN中的具体作用机制，并通过功能实验验证其作为治疗靶点的潜力。此外，扩大样本规模、结合临床数据以及开展多中心研究，将有助于更全面地了解DN的分子特征及其与肾功能的关系，从而推动更有效的诊断和治疗手段的开发。