通过AC010336.1/miR-3929/GPI轴及机器学习技术揭示硫在对抗特应性皮炎中的作用

《The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics》：Discovering the Role of Sulfur Against Atopic Dermatitis via the AC010336.1/miR-3929/GPI Axis with a Machine-learning Power

硫在特应性皮炎治疗中的作用机制研究：通过GEO数据库分析及机器学习筛选出核心靶点GPI和ceRNA轴AC010336.1/miR-3929/GPI，动物实验证实硫通过修复皮肤屏障、抑制免疫细胞浸润和缓解瘙痒发挥治疗作用。

　　本研究探讨了硫在治疗特应性皮炎（Atopic Dermatitis, AD）中的作用机制，通过整合生物信息学分析、机器学习方法和动物实验验证，揭示了硫可能通过调控一种名为AC010336.1/miR-3929/GPI的ceRNA（竞争性内源RNA）轴来发挥其治疗效果。这项研究不仅为传统中药在AD治疗中的应用提供了新的理论依据，也为未来探索中药的分子机制和开发更安全有效的治疗策略提供了重要线索。

特应性皮炎是一种常见的慢性炎症性皮肤病，其主要特征包括剧烈瘙痒、皮肤干燥、红斑或棕褐色病变以及鳞屑或皲裂的皮肤斑块。该病在儿童中的发病率约为15-20%，在成人中约为10%。尽管目前已有多种治疗方法，如糖皮质激素和钙调神经素抑制剂，但这些疗法往往伴随副作用，因此迫切需要更安全和有效的治疗手段。AD的发病机制涉及Th2型免疫反应的过度激活以及皮肤屏障功能的受损，而瘙痒则是AD的主要症状之一。Th2细胞在皮肤中释放的细胞因子，如IL-4、IL-13和IL-31，会引发一系列炎症反应。其中，IL-31能够激活TRPV1，这是一种在皮肤组织中广泛表达的非选择性通道受体，被认为在炎症性皮肤病的治疗中具有潜在价值。TRPV1的缺失可以显著减轻由IL-31引起的瘙痒，表明其在皮肤炎症信号传导中的关键作用。因此，本研究选择了TRPV1作为评估瘙痒的生物标志物。

近年来，ceRNA机制在皮肤疾病中的作用逐渐受到关注。ceRNA是指通过竞争性结合miRNA来调控基因表达的非编码RNA，它们在皮肤炎症和过敏反应中发挥重要作用。一些特定的miRNA，如miR-21、miR-146和miR-223，已被证实可以调节T细胞的激活和嗜酸性粒细胞的发育。此外，长链非编码RNA（lncRNA）作为miRNA的海绵，也在AD的发病机制中扮演重要角色。例如，H19在AD病灶中表达下调，而SPRR2C（一种IL-22调节因子）则表达上调。这些发现表明，lncRNA和miRNA在AD的病理过程中具有复杂的调控网络。

为了精准识别AD特异性靶点，本研究利用了GEO数据库中的两个基因表达数据集：GSE237920和GSE121212。这两个数据集均在近三年内更新，且包含AD患者和健康对照的皮肤样本，显示出其新颖性和组织特异性。GSE237920数据集包含4个AD样本和4个健康对照样本，而GSE121212数据集包含21个AD样本和38个健康对照样本，总共提供了25个AD样本和42个健康对照样本用于分析。通过去除批次效应，研究者筛选出5975个差异表达基因（DEGs），这些基因的表达水平变化在log2折叠变化（log2FC）的绝对值大于等于1且p值小于0.05的条件下被确定。这些DEGs包括2990个上调基因和2985个下调基因，显示出AD在基因表达层面的复杂变化。

进一步地，研究者通过GO（Gene Ontology）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）分析，识别了硫的潜在靶点，并分析了AD中差异表达基因的功能。GO分析主要关注基因本体的生物学过程、细胞组成和分子功能，而KEGG分析则用于揭示这些基因在细胞信号通路中的作用。通过这些分析，研究者能够理解这些基因在AD病理过程中的功能角色，从而为后续的靶点筛选和网络构建奠定基础。

为了构建硫的潜在作用网络，研究者使用了STRING数据库生成蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络。PPI网络能够展示不同基因编码的蛋白质之间的相互作用关系，从而揭示其在细胞内的功能联系。通过整合GO和KEGG分析结果，研究者筛选出与AD相关的关键基因，并进一步通过LASSO、随机森林（RF）和SVM-RFE（支持向量机递归特征消除）等机器学习算法，确定了核心靶点。这些算法能够处理高维数据，减少偏差，提高预测的准确性。

为了验证核心靶点的可靠性，研究者采用了ROC（受试者工作特征）分析、GSEA（基因集富集分析）和免疫细胞浸润分析等方法。ROC分析用于评估预测模型的准确性，GSEA则能够检测基因集在不同条件下的表达变化趋势，而免疫细胞浸润分析则用于评估不同免疫细胞类型在AD中的分布和功能变化。这些分析结果不仅验证了核心靶点的临床相关性，还揭示了硫可能通过调节这些靶点来改善AD的病理特征。

在预测lncRNA-miRNA-mRNA生物信息学网络时，研究者利用了多种数据库资源。这些数据库提供了关于lncRNA、miRNA和mRNA之间相互作用的信息，使得研究者能够构建出可能的调控网络。通过将这些生物信息学网络与GSE168694数据集进行交叉分析，研究者最终确定了AC010336.1/miR-3929/GPI这一核心轴。这一轴的发现表明，硫可能通过调控这一轴来发挥其治疗AD的作用。

为了进一步验证这一轴的功能，研究者进行了动物实验。实验结果表明，硫能够显著改善AD小鼠的组织病理学状况，并改变AC010336.1、miR-3929和GPI的表达水平。具体而言，硫通过下调AC010336.1的表达，进而上调miR-3929的表达，最终降低GPI的表达水平，从而减轻AD的症状。这些实验结果不仅支持了生物信息学分析的预测，还为硫在AD治疗中的作用机制提供了直接证据。

AC010336.1是一种长链非编码RNA，其在AD中的表达变化可能与皮肤屏障功能的恢复有关。miR-3929是一种miRNA，它在调节基因表达方面具有重要作用，特别是在免疫反应和炎症过程中。GPI（糖基磷脂酰肌醇）则是一种与细胞膜结构和功能密切相关的蛋白，其表达水平的变化可能影响皮肤屏障的完整性。因此，AC010336.1/miR-3929/GPI轴的发现不仅揭示了硫在AD治疗中的分子机制，还为未来开发基于这一轴的治疗策略提供了理论支持。

此外，本研究还探讨了硫在治疗AD中的潜在副作用。一些研究表明，硫可能会导致皮肤过度刺激，从而引发角化过度、棘层增厚或粉刺形成等现象。这些副作用需要通过进一步的实验验证，以确保硫在临床应用中的安全性。然而，本研究的动物实验结果表明，硫在改善AD症状的同时，似乎并未引起明显的副作用，这为硫在AD治疗中的应用提供了积极的证据。

总的来说，本研究通过整合生物信息学分析、机器学习方法和动物实验验证，揭示了硫在治疗AD中的作用机制。研究结果表明，硫可能通过调控AC010336.1/miR-3929/GPI轴来改善AD的病理特征，包括恢复皮肤屏障功能、减少免疫细胞浸润和缓解瘙痒。这些发现不仅为传统中药在AD治疗中的应用提供了新的视角，也为未来研究中药的分子机制和开发更安全有效的治疗策略奠定了基础。此外，本研究还强调了ceRNA机制在皮肤疾病中的重要性，并为相关研究提供了新的方向和思路。