哮喘中的铁死亡相关基因CRYAB：生物信息学鉴定与实验验证

《Journal of Inflammation Research》：Ferroptosis-Related Gene CRYAB in Asthma: Bioinformatics Identification and Experimental Validation

本研究通过整合生物信息学分析、临床样本验证及体外实验，首次揭示了CRYAB作为铁依赖性细胞死亡（ferroptosis）关键调控基因在哮喘发病机制中的作用，并证实其通过调节抗氧化系统抑制ferroptosis，为哮喘的精准诊断和治疗提供新靶点。

　　哮喘是一种全球范围内常见的慢性呼吸系统疾病，其发病率持续上升，影响着超过3亿人群。该疾病通常被分为两种主要亚型：T2型（Th2型）和非T2型，其特征包括胸闷、咳嗽、喘息以及呼吸困难。尽管在临床指南和治疗策略方面取得了持续进展，但仍有一部分患者未能实现良好的疾病控制，导致频繁发作和肺功能的逐渐下降，凸显了寻找高敏感性和特异性生物标志物的迫切需求。这些生物标志物不仅有助于提高诊断的准确性，还能为优化管理策略提供依据。近年来，铁死亡（ferroptosis）作为一种依赖铁元素的调控性细胞死亡形式，因其与脂质过氧化作用密切相关，被认为在哮喘的发病机制中扮演重要角色。铁死亡不仅能够通过释放损伤相关分子模式（DAMPs）引发炎症级联反应，还可能通过调节细胞内铁代谢和氧化还原平衡，影响哮喘的病理发展。

本研究旨在通过生物信息学分析、临床样本和实验验证，识别并验证与哮喘相关的铁死亡相关基因（FRGs），从而为哮喘的诊断和治疗提供新的思路。为了实现这一目标，我们首先从GEO数据库中获取了哮喘患者的诱导痰液转录组数据，随后利用GO和KEGG富集分析方法对差异表达基因（DEGs）进行了功能注释，以进一步揭示其在疾病机制中的潜在作用。接着，我们采用LASSO和SVM-RFE算法对FRGs进行筛选，以识别可能的诊断标志物。为了验证这些标志物的预测能力和临床价值，我们进行了ROC曲线分析，并通过ssGSEA算法进一步探讨了其与免疫细胞浸润水平之间的关系。此外，我们还收集了来自临床病例的肺组织样本，以评估基因表达的体内情况，并在体外实验中利用BEAS-2B细胞模型，通过小干扰RNA（siRNA）沉默和pcDNA3.1载体过表达候选基因，验证其在铁死亡过程中的作用。

研究结果显示，TFRC和CRYAB这两个FRGs在哮喘患者中表现出显著的差异表达。进一步的免疫浸润分析表明，这些基因的表达水平与哮喘样本中免疫细胞的丰富度存在显著相关性。然而，在肺组织样本中，仅CRYAB在哮喘患者中显著上调，而TFRC则未表现出明显差异。这提示我们，CRYAB可能在哮喘的发病机制中具有更为关键的作用。在体外实验中，我们发现使用erastin诱导铁死亡后，CRYAB的表达水平在BEAS-2B细胞中显著下降。相反，当CRYAB被过表达时，细胞内的MDA（丙二醛）和ROS（活性氧）水平显著降低，而GSH（谷胱甘肽）含量则有所上升，从而有效抑制了铁死亡的发生。这些结果表明，CRYAB在维持细胞内氧化还原平衡和减少脂质过氧化方面发挥着重要作用，进而对哮喘的病理发展具有潜在的保护作用。

此外，我们还通过RT-qPCR和Western blot技术对CRYAB在哮喘患者肺组织中的表达水平进行了验证。结果显示，CRYAB在哮喘组的mRNA和蛋白表达水平均显著高于健康对照组，进一步支持了其在哮喘中的重要性。相比之下，TFRC在肺组织中的表达水平未见明显变化，这可能意味着其在哮喘中的作用主要体现在其他层面，如细胞信号通路的调控或免疫反应的参与。在进一步的免疫细胞浸润分析中，我们发现CRYAB和TFRC的表达水平与多种促炎性免疫细胞（如活化的B细胞、树突状细胞、MDSCs、巨噬细胞和肥大细胞）的丰富度存在显著相关性，这表明这些基因可能通过调节免疫细胞的活动，对哮喘的病理过程产生影响。

为了更深入地探讨CRYAB在铁死亡过程中的具体作用，我们还评估了其对细胞存活率和ROS水平的影响。实验结果表明，CRYAB的过表达能够显著降低细胞内的ROS积累，并提高细胞的存活率，而其沉默则导致ROS水平上升和细胞存活率下降。这提示我们，CRYAB可能通过调控抗氧化系统和脂质过氧化途径，发挥对铁死亡的抑制作用。同时，我们还观察到，CRYAB的表达水平与MDA的积累呈负相关，进一步说明其在维持细胞内氧化还原平衡中的关键作用。

本研究的发现不仅揭示了FRGs在哮喘发病机制中的潜在作用，还强调了CRYAB作为诊断标志物和治疗靶点的临床价值。特别是，CRYAB的过表达能够有效减轻铁死亡，这为哮喘的个性化诊断和治疗提供了新的方向。然而，目前的研究仍存在一定局限性，例如数据库挖掘的探索性分析缺乏多队列分层验证，以及体外实验样本量较小，未能对特定亚型（如Th2型和非Th2型哮喘）进行深入的机制解析。因此，未来的研究应着重于使用更大规模的独立队列进行验证，并结合细胞和动物模型，进一步阐明CRYAB在铁死亡调控网络中的具体功能。此外，还需要在临床前研究中评估其在哮喘治疗中的潜在应用价值，以确保其在实际临床中的可行性和有效性。

铁死亡作为一种新兴的细胞死亡形式，其在哮喘中的作用机制尚不完全明确。然而，已有研究表明，铁死亡可能通过促进炎症反应和加剧气道重塑，对哮喘的病理发展产生重要影响。本研究通过整合生物信息学分析、临床样本验证和体外实验，系统地探讨了FRGs在哮喘中的表达特征及其对铁死亡的调控作用。特别是在免疫细胞浸润分析中，我们发现CRYAB和TFRC的表达水平与多种免疫细胞的丰富度存在显著关联，这表明这些基因可能通过影响免疫反应的强度和类型，参与哮喘的发病过程。例如，CRYAB的表达水平与浆细胞样树突状细胞、中性粒细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、活化的树突状细胞、活化的CD4 T细胞和活化的B细胞的浸润程度呈正相关，这可能意味着CRYAB在调节这些免疫细胞的功能方面具有重要作用。

值得注意的是，尽管铁死亡在哮喘中的作用机制尚未完全阐明，但已有证据表明，铁死亡相关的基因可能在哮喘的诊断和治疗中具有潜在价值。例如，SLC7A11和GPX4作为铁死亡的关键调控因子，其表达水平在某些哮喘亚型（如中性粒细胞型哮喘）中显著上调，这可能与铁死亡的抑制有关。然而，本研究中发现的CRYAB表达模式则有所不同，其在哮喘患者中显著上调，而TFRC则下调，这提示我们，CRYAB可能在哮喘的发病过程中发挥更为复杂的调控作用。例如，CRYAB的表达可能不仅影响铁代谢，还可能通过调节氧化应激反应和免疫细胞活动，对哮喘的病理发展产生深远影响。

此外，本研究还揭示了CRYAB在哮喘患者肺组织中的表达特征，以及其在体外实验中的功能表现。这些结果不仅为理解铁死亡在哮喘中的作用提供了新的视角，也为开发针对铁死亡相关通路的新型治疗策略奠定了基础。考虑到铁死亡与哮喘的紧密关联，未来的研究应进一步探讨CRYAB在不同哮喘亚型中的具体作用机制，以及其在调控铁死亡过程中的潜在靶点。例如，可以通过更深入的分子机制研究，明确CRYAB如何影响细胞内的铁代谢和抗氧化系统，从而在哮喘的病理过程中发挥保护作用。

总的来说，本研究通过整合多种研究方法，系统地揭示了CRYAB在哮喘发病机制中的重要性，并为其作为诊断标志物和治疗靶点提供了有力的证据。这些发现不仅有助于深化我们对哮喘分子机制的理解，还可能为哮喘的精准诊断和个性化治疗开辟新的途径。然而，由于研究方法和技术的限制，当前的结果仍需在更大规模的临床研究和动物模型中进行验证，以确保其在实际应用中的可靠性和有效性。未来的研究应着重于探索CRYAB在不同哮喘亚型中的作用，以及其在调控铁死亡过程中的具体分子机制，从而为哮喘的治疗提供更加全面和精准的理论依据。