《Burns》：Identification of Essential Genes Involved in Skeletal Muscle Dysfunction in Severe Burns and Drug Discovery
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骨骼肌功能障碍（SMD）是严重烧伤常见并发症，影响康复和预后。本研究通过文献挖掘筛选130个相关基因，结合GO/KEGG分析、蛋白互作网络（MCODE/cytoHubba）和qRT-PCR验证，确定STAT3及其调控的JAK/STAT3通路为核心靶点与信号通路。通过ceRNA网络和药物分子对接（ADMET评估）发现糖皮质激素Fluticasone具有最佳综合疗效。该成果为烧伤后肌功能障碍的靶向治疗提供了新思路。
白海亮|白夏芬|段洪杰|吕大伟|郑金光|魏斌|张旭龙|刘洪祺|蒋海月
中国医学科学院整形外科医院与北京协和医学院联合研究中心，北京，100144，中国
摘要
骨骼肌功能障碍是严重烧伤患者的常见临床特征，在烧伤患者的康复和预后中起着关键作用。然而，烧伤后骨骼肌功能障碍（SMD）的分子靶点和信号通路尚未完全明确，有效的治疗措施更是缺乏。本研究首先通过文献挖掘获得了与骨骼肌功能障碍和功能恢复相关的常见基因。通过逐步构建蛋白质-蛋白质网络，并利用Cytoscape的MCODE和cytoHubba插件进行GO分析和KEGG分析，随后在严重烧伤诱导的骨骼肌功能障碍动物模型中通过qRT-PCR进行验证。接着，利用GeneMINIA分析确定了关键基因和信号通路，识别了这些枢纽基因的转录因子和ceRNA网络，并找到了调控这些枢纽基因的药物分子。最后进行了基因靶点与药物分子的分子对接，并验证了这些药物分子的ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性）特性。我们共鉴定出15个枢纽基因，qRT-PCR结果显示14个基因存在显著差异，包括IL6、TNF、IGF1、STAT3、IL10、AGT、LEP、CCL2、SIRT1、CASP3、MAPK3、PPARG、ALB和IRS1。通过分析发现，STAT3基因及其JAK/STAT3通路是SMD的分子靶点和信号通路。同时确定了转录因子、ceRNA网络和药物分子。此外，分子对接和ADMET分析表明，氟替卡松（Fluticasone）在各方面表现优异。综上所述，STAT3被确定为烧伤患者SMD后功能恢复的关键靶点和信号通路。
引言
由高代谢引起的骨骼肌功能障碍（SMD）是严重创伤和烧伤的严重并发症。对于骨骼肌而言，严重烧伤或其他严重疾病后最显著的功能改变包括肌肉无力或张力下降、通气不足、脱离呼吸机困难、活动能力下降、肌肉挛缩、康复和住院时间延长，甚至因各种严重并发症而死亡[1]、[2]、[3]。研究表明，恢复正常活动所需的时间随着烧伤体表面积（TBSA）比例的增加而延长[4]。令人担忧的是，临床研究发现，即使伤口完全愈合后，骨骼肌功能的限制也可能持续数年[5]，导致多达四分之一的患者无法恢复烧伤前的肌肉力量[1]。我们之前的研究[6]、[7]、[8]、[9]表明，严重烧伤会导致指伸肌和膈肌的萎缩和功能障碍，表现为肌肉重量和纤维横截面积显著减少。然而，烧伤后骨骼肌收缩功能障碍的关键靶点和通路仍不清楚。目前，针对烧伤引起的肌肉功能障碍的主要干预措施包括胰岛素、二甲双胍、普萘洛尔、重组人生长激素和氧雄龙[2]，但缺乏针对性的治疗方法。
近年来，随着生物信息学方法和计算生物技术的不断发展，疾病的分子机制逐渐得到阐明。作为生物信息学的一个重要分支，文本挖掘在SMD研究中具有独特价值。文本挖掘技术可以从大量文献中自动提取有价值的信息，如特定基因与SMD之间的关联关系、疾病相关生物标志物、新的治疗靶点和分子调控机制。这已在癌症、代谢疾病和COVID-19的研究中得到应用[10]、[11]、[12]。通过文本挖掘，可以揭示SMD相关基因与病理学之间的新关系[13]，为深入研究提供全面的知识背景和研究思路。
尽管关于SMD的研究较为广泛，但在烧伤后的潜在治疗靶点和功能恢复方面仍存在空白。本研究通过文本挖掘识别了常见基因，通过GO KEGG分析、STRING数据库和qRT-PCR验证以及GeneMANIA数据库分析确定了枢纽基因和信号通路，进一步分析了这些枢纽基因的转录因子及其表达情况，并分析了其ceRNA网络以找到调控SMD的药物分子。利用分子对接和ADMET数据库评估了药物分子的结合稳定性、吸收、分布、代谢、排泄和毒性（图1）。
材料与方法
所有实验均遵循《中国医学科学院整形外科医院动物护理和使用指南》（中国医学科学院整形外科医院伦理委员会）的规定进行。
文本挖掘及GO和KEGG分析
研究流程如图1所示。通过GenClip3进行文本挖掘，我们确定了130个与SMD和FR相关的基因。在GeneCodis中，GO分析结果显示这些基因主要富集在响应活性（P=7.79E-26）和基因表达正向调控（P=3.22E-21）方面；GO分子功能分析显示，大多数基因表达在相同蛋白质结合（P=7.13E-15）和酶结合（P=4.89E-16）方面；细胞组分...
讨论
持续的高代谢反应是严重烧伤后的常见并发症之一，主要表现为肌肉蛋白消耗增加和肌肉萎缩，这会严重影响伤口愈合和机体免疫功能，导致骨骼肌收缩功能障碍和患者死亡率上升[9]。此外，骨骼肌收缩功能障碍还会导致患者活动能力受限、呼吸困难以及康复时间延长。
伦理声明
本动物研究已获得中国医学科学院整形外科医院伦理委员会（ID 2021KY033-KS001）的审核和批准。
资助
本研究得到了国家重点研发计划（2017YFC1103900, 2024YFA1107801）、中国医学科学院医学科学创新基金（2017-I2M-1-007, 2021-I2M-1-052）以及国家自然科学基金（81871502, 81871575）的支持。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定及手稿撰写。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：蒋海月报告称其研究得到了国家自然科学基金的资助。如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们还要感谢中国人民解放军总医院第四医疗中心的烧伤研究所。
利益冲突
作者声明本研究未涉及任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系。
