对银屑病缺氧和焦亡现象中潜在生物标志物及治疗靶点的遗传学分析

《Biochemistry and Biophysics Reports》：Genetic analysis of potential biomarkers and therapeutic targets in hypoxia and pyroptosis from psoriasis

本研究通过整合生物信息学分析和实验验证，揭示了焦亡相关基因（PRGs）和缺氧相关基因（HRGs）在银屑病发病机制中的作用，筛选出PI3和LCE3D作为关键生物标志物，构建了具有高预测价值的nomogram模型，并阐明了其调控网络及潜在药物靶点。

　　在医学研究领域，皮肤疾病一直是研究的热点之一，尤其是像银屑病这样具有复杂发病机制和多种临床表现的慢性炎症性皮肤病。银屑病不仅影响皮肤的正常结构和功能，还可能引发一系列系统性症状，如肥胖、2型糖尿病、高血压、心血管疾病和精神健康问题等。由于其复杂的病理机制和个体差异，银屑病的治疗仍然面临诸多挑战，尤其是在制定个性化治疗方案和减少治疗失败与耐药性方面。因此，探索银屑病的潜在生物标志物以及其相关的生物过程和治疗靶点具有重要的临床意义。

近年来，科学家们发现细胞焦亡（pyroptosis）和缺氧（hypoxia）在银屑病的发病和进展中起着关键作用。细胞焦亡是一种由炎症小体激活引发的程序性细胞死亡形式，它通过快速破坏细胞膜并释放促炎性细胞内介质，加剧免疫反应和炎症过程。而缺氧则是细胞或组织中氧气供应不足的状态，能够激活缺氧诱导因子（HIFs），进而影响细胞代谢、血管生成、能量平衡和细胞存活等过程。尽管已有研究对细胞焦亡和缺氧在银屑病中的作用进行了探讨，但它们之间的相互作用仍不明确。因此，有必要深入研究这些机制在银屑病中的协同作用，以期发现新的治疗靶点和诊断方法。

本研究通过整合生物信息学方法和实验验证，探索了与银屑病相关的细胞焦亡基因（PRGs）和缺氧基因（HRGs）的潜在作用。研究团队首先利用公开的基因表达数据库（如GEO数据库）获取了与银屑病相关的基因表达数据，并结合PRGs和HRGs进行差异表达分析，以识别与疾病相关的基因。随后，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）方法，研究团队进一步分析了这些基因在银屑病中的表达模式和相关性，从而筛选出关键模块基因。在此基础上，结合差异表达基因和关键模块基因，研究团队识别出一系列候选基因，并进一步通过机器学习算法（如LASSO和SVM-RFE）筛选出具有较高诊断价值的生物标志物。

研究发现，PI3和LCE3D是两个显著的生物标志物，它们在银屑病患者的基因表达水平显著高于健康对照组，并且具有较高的诊断效能（AUC > 0.9）。为了验证这些生物标志物的预测能力，研究团队构建了一个基于这两个基因的预测模型——“nomogram”，并利用校准曲线、临床影响曲线（CIC）、决策曲线分析（DCA）和ROC曲线对模型的预测性能进行了全面评估。结果显示，该模型在预测银屑病风险方面表现出色，能够提供较高的临床净收益，并且具有良好的预测稳定性。

进一步的基因集富集分析（GSEA）揭示了PI3和LCE3D与多个生物通路的显著相关性，包括细胞质DNA感知通路、粘附连接和氧化磷酸化等。这些通路在银屑病的病理过程中可能发挥重要作用，例如细胞质DNA感知通路可能通过激活炎症反应和促进免疫逃逸来影响疾病进展，而氧化磷酸化则可能与银屑病患者皮肤细胞的代谢变化和炎症反应有关。此外，免疫微环境分析显示，PI3和LCE3D与多种免疫细胞类型存在显著的正相关性，包括中性粒细胞、激活的CD4 T细胞和CD8 T细胞等。这表明这些生物标志物可能在调节免疫细胞浸润和皮肤屏障功能方面发挥关键作用。

为了更深入地理解这些生物标志物的调控机制，研究团队构建了一个包含转录因子（TFs）、miRNA和长链非编码RNA（lncRNA）的调控网络。结果显示，PI3的表达受到多个转录因子和miRNA的调控，其中FOXC1和FOXL1是其重要的调控因子。同时，LCE3D的表达可能受到TUG1、MIR17HG和MIR497HG等lncRNA的调控。这些调控网络的构建不仅揭示了PI3和LCE3D在银屑病中的分子机制，还为未来开发新的治疗策略提供了理论依据。

此外，研究团队还通过药物-基因网络分析预测了18种可能与PI3和LCE3D相关的潜在治疗药物，包括SDS、镉氯化物、十二烷基硫酸钠、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、全反式维甲酸等。这些药物可能通过不同的机制影响银屑病的发病和进展，例如SDS可能通过模拟环境刺激来促进银屑病模型的形成，而全反式维甲酸则可能通过调节角质形成细胞的增殖和分化来改善疾病症状。这些发现为银屑病的治疗提供了新的药物候选，同时也为临床研究提供了重要的参考。

为了验证这些生物标志物的表达水平，研究团队还进行了实时定量PCR（RT-qPCR）分析。结果显示，PI3和LCE3D在银屑病患者中的表达水平显著高于健康对照组，进一步支持了它们作为生物标志物的可靠性。这一结果表明，PI3和LCE3D可能在银屑病的发病机制中起着关键作用，尤其是在调节免疫反应和皮肤屏障功能方面。

尽管本研究取得了重要的进展，但仍存在一些局限性。首先，研究主要基于公开的基因表达数据，这些数据可能存在偏差，从而影响研究结果的稳定性和普遍性。其次，虽然研究团队通过RT-qPCR对候选生物标志物进行了初步验证，但样本量较小，限制了结论的广泛适用性。此外，缺乏对PI3和LCE3D在银屑病中的具体功能的实验验证，使得其分子机制的理解仍然不够深入。因此，未来的研究需要扩大样本规模，与更多医疗机构合作，以获得更具代表性和多样性的数据。同时，研究团队还计划对不同亚型的银屑病患者进行分析，以评估PI3和LCE3D的普遍性和稳定性。此外，结合免疫组化、Western blot等实验技术，研究团队将进一步验证这些基因在蛋白质水平的表达模式，提高研究结果的可靠性。通过基因敲除、过表达等实验方法，研究团队还将探索这些基因在银屑病相关细胞模型中的调控作用，以及它们在炎症反应和角质形成细胞功能中的具体机制，从而为银屑病的分子机制和临床转化提供更全面的证据。

综上所述，本研究不仅发现了两个重要的生物标志物PI3和LCE3D，还构建了一个有效的预测模型，为银屑病的早期诊断和个性化治疗提供了新的思路。同时，研究揭示了这些生物标志物在免疫调控和皮肤屏障功能中的潜在作用，以及它们与多种免疫细胞和生物通路的关联，为未来的治疗策略提供了理论支持。然而，为了更全面地理解这些生物标志物的作用机制，仍需进一步的实验验证和临床研究。随着研究的深入，PI3和LCE3D有望成为银屑病治疗和诊断的重要工具，为患者提供更精准和有效的治疗方案。