胃癌相关性膜性肾病生物标志物的鉴定与验证：综合生物信息学与机器学习的深度探索

本研究通过整合生物信息学与机器学习方法，首次系统鉴定了胃癌（GC）相关膜性肾病（MN）的关键基因标志物（CCND1、CEBPD、BMP2等），揭示了其通过免疫浸润（如巨噬细胞/单核细胞募集）及PI3K-Akt等信号通路介导疾病发展的分子机制，为肿瘤相关性肾病的精准诊断与靶向治疗提供了新方向。

　　

引言

胃癌（GC）是全球最常见的恶性肿瘤之一，其中胃腺癌约占全部胃癌的90%。膜性肾病（MN）作为恶性肿瘤中最常见的副肿瘤性肾小球病，其与胃癌的关联自1966年Lee的研究提出后日益受到关注。目前认为，肿瘤抗原模拟足细胞蛋白、免疫复合物沉积及交叉反应抗体触发的补体损伤是癌症相关MN的核心发病机制。尽管已有研究报道恶性肿瘤与MN的关联，但胃癌相关MN的遗传与分子机制仍不清楚。本研究首次整合多组学数据与机器学习，旨在识别GC-MN特异性枢纽基因并验证其在GC细胞增殖与肾小球损伤中的交叉调控作用。

材料与方法

研究从GEO数据库获取MN数据集GSE108109（44例MN、6例活体供体）和GC数据集GSE54129（111例胃癌组织、21例非癌胃组织）。利用limma R包进行数据标准化与差异表达基因（DEGs）筛选（调整p<0.05且|log₂FC|≥1）。通过GO和KEGG富集分析探索共同DEGs的生物学功能。使用STRING数据库和Cytoscape构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并采用cytoHubba插件筛选枢纽基因。进一步应用LASSO回归和随机森林（RF）机器学习算法识别GC相关MN的关键基因，并通过ROC曲线评估其诊断效能。利用CIBERSORT进行免疫细胞浸润分析，并通过CTD数据库分析基因-疾病关联。最后，通过免疫组化（IHC）在3例GC-MN患者的肾与胃癌组织中对枢纽基因进行实验验证。

结果

差异表达基因鉴定与功能富集

在MN与GC数据集中分别鉴定出1456和1793个DEGs，其中22个基因共同上调、18个共同下调。GO分析显示这些共同DEGs主要富集于脂肪细胞分化、髓系白细胞迁移、白细胞趋化、p38MAPK级联等生物过程，以及内质网腔、分泌颗粒腔等细胞组分。KEGG分析提示这些基因显著参与Kaposi肉瘤相关疱疹病毒感染、PI3K-Akt信号通路、急性髓系白血病、AGE-RAGE糖尿病并发症信号等通路。

枢纽基因筛选与机器学习验证

通过PPI网络和cytoHubba筛选出20个枢纽基因，主要涉及细胞趋化、液泡腔响应趋化因子、髓系白细胞迁移等过程。LASSO回归识别出9个显著MN相关基因，随机森林确认6个特征基因，两种算法共同筛选出CCND1、CEBPD、COL10A1和BMP2作为GC-MN的核心枢纽基因。ROC曲线分析显示这4个基因在区分MN方面表现出优异效能（AUC：CCND1=1.000，COL10A1=0.955，CEBPD=1.000，BMP2=0.996）。生存分析显示，除BMP2外，CCND1、CEBPD和COL10A1高表达与胃癌患者不良预后显著相关。

免疫浸润分析

GC样本中 na?ve B细胞、活化记忆CD4⁺ T细胞、活化NK细胞、M0/M1/M2型巨噬细胞和中性粒细胞比例升高，而记忆B细胞、浆细胞、静息记忆CD4⁺ T细胞、调节性T细胞（Tregs）、γδ T细胞、活化树突状细胞和嗜酸性粒细胞减少。MN样本中浆细胞和记忆B细胞显著减少，单核细胞浸润增加。Spearman相关分析显示CCND1、CEBPD、BMP2和COL10A1表达与多种免疫细胞亚群显著相关，提示这些基因可能通过调节免疫微环境参与疾病进程。

基因集富集分析（GSEA）

GSEA提示CCND1高表达组富集于细胞因子受体相互作用、自然杀伤细胞介导的细胞毒性、系统性红斑狼疮和Toll样受体信号通路；CEBPD高表达组主要富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用、造血细胞谱系和初级免疫缺陷；COL10A1与补体和凝血级联、ECM受体相互作用、粘着斑通路相关；BMP2则富集于氨基糖与核苷酸糖代谢、ECM受体相互作用、溶酶体通路。

基因-疾病关联与靶向药物预测

CTD数据库分析显示4个枢纽基因均与肾脏疾病、急性肾损伤、蛋白尿、肿瘤、腺癌、胃肿瘤、肾病综合征、慢性肾衰竭、胃肠道肿瘤和膜性肾小球肾炎显著相关。DGIdb预测到224种靶向药物，其中CCND1靶向药物最多（184种），CEBPD、BMP2和COL10A1分别有24、35和1种。ceRNA网络构建显示，36个lncRNAs可能通过竞争性结合11个miRNAs调控CCND1表达，4个lncRNAs通过3个miRNAs调控BMP2，5个lncRNAs通过1个miRNA调控COL10A1。

实验验证

免疫组化结果显示，与原发性MN（PMN）和正常肾组织相比，GC-MN肾小球中CCND1、CEBPD和BMP2表达显著升高（p<0.05），而COL10A1在肾小球中表达阴性。在胃癌组织中，CCND1、CEBPD和BMP2表达也显著高于正常胃组织（p<0.05），COL10A1在癌与正常组织间无显著差异。这些结果证实了CCND1、CEBPD和BMP2在GC-MN中的高表达及其潜在的病理作用。

讨论

本研究通过整合生物信息学与机器学习方法，首次系统识别出CCND1、CEBPD、BMP2和COL10A1作为GC-MN的关键枢纽基因。这些基因在免疫浸润、炎症反应及细胞过程中发挥核心作用：CCND1调控细胞周期并参与podocyte损伤；CEBPD影响炎症与纤维化过程；BMP2通过PI3K/Akt通路促进上皮-间质转化（EMT）与肾小球基底膜（GBM）增厚；COL10A1则主要参与肿瘤ECM重塑而非直接肾小球损伤。免疫微环境分析提示巨噬细胞、中性粒细胞和单核细胞浸润与疾病进展密切相关。GSEA进一步揭示了这些基因涉及的多条信号通路如PI3K-Akt、Toll样受体信号等。

结论

本研究深入揭示了GC-MN的分子与免疫机制，鉴定出CCND1、CEBPD和BMP2作为关键生物标志物，为未来靶向治疗与精准诊断提供了重要理论依据。尽管存在样本量有限等局限性，但本研究为探索肿瘤相关性肾病机制开辟了新方向，后续需更大规模与机制研究加以验证。