IGFBP7和CCT2是特发性肺纤维化中由乳酰化驱动的内皮-间充质转化的新介导因子

《Functional & Integrative Genomics》：IGFBP7 and CCT2 are novel lactylation-driven mediators of endothelial-to-mesenchymal transition in idiopathic pulmonary fibrosis

乳酰化在IPF中的病理机制及关键基因研究通过单细胞测序和机器学习筛选发现IGFBP7和CCT2是核心基因，其通过TGF-β信号通路诱导内皮细胞代谢重编程和EndMT，与肺功能恶化及预后不良相关。

　　在当今医学研究中，细胞和分子层面的机制探索对于理解复杂疾病的发生和发展至关重要。肺纤维化是一种慢性、进行性、间质性肺病，其特点是肺部组织的不可逆瘢痕形成，导致呼吸功能的持续下降，进而影响患者的生活质量和生存率。其中，特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF）作为肺纤维化的一种特殊形式，主要影响老年人群，具有较高的致死率。尽管已有大量研究揭示了IPF的发病机制，例如反复的肺泡上皮细胞微损伤引发的异常修复反应，但对其精确的分子驱动因素仍不完全清楚。近年来，随着生物技术的发展，特别是单细胞RNA测序（scRNA-seq）和批量RNA测序技术的广泛应用，科学家们能够以前所未有的精度解析组织内的细胞组成及其功能变化，从而揭示疾病的潜在机制。

在IPF的病理过程中，细胞异质性和复杂的分子调控机制使得传统的批量组织分析方法在识别特定细胞亚群的功能状态方面存在局限。因此，研究者们利用单细胞测序技术，结合多种生物信息学方法，探索了乳酸化（lactylation）在疾病中的作用。乳酸化是一种后翻译修饰，涉及将乳酸基团添加到赖氨酸残基上，这种修饰与细胞代谢状态密切相关，并在多种疾病中表现出细胞类型特异性。研究表明，乳酸化水平在IPF患者中显著升高，并与肺功能恶化和不良预后密切相关。这一发现提示我们，乳酸化可能在IPF的发病机制中扮演关键角色。

在具体研究中，研究人员首先通过单细胞测序和批量测序技术评估了IPF患者与健康人群的乳酸化水平。他们发现，无论是单细胞还是批量数据，IPF患者的乳酸化水平均显著高于健康对照组。此外，通过生存分析和相关性分析，研究者进一步验证了乳酸化水平与患者预后之间的联系。研究还通过多种机器学习算法、Cox回归分析和孟德尔随机化方法，筛选并确认了与乳酸化相关的最优特征基因。最终，研究人员识别出两个关键的乳酸化相关基因：IGFBP7和CCT2。这两个基因在血管内皮细胞中显著高表达，并且其表达水平与IPF的临床进展和预后密切相关。

为了进一步验证这两个基因的功能，研究人员通过体外实验方法，包括RNA干扰（RNAi）和伤口愈合实验，研究了它们对内皮细胞迁移和转化的影响。实验结果表明，IGFBP7和CCT2的表达能够促进内皮细胞的迁移能力，这是内皮-间质转化（EndMT）的重要特征之一。此外，通过伪时间分析，研究人员发现这两个基因的表达模式与EndMT标志基因相似，进一步支持了它们在IPF中的作用。这一发现不仅揭示了乳酸化在IPF中的重要性，还为相关疾病的机制研究提供了新的视角。

在探讨乳酸化水平升高的原因时，研究者采用了细胞间通信分析和代谢评估的方法。结果显示，TGF-β在IPF中扮演了关键角色，它不仅促进了内皮细胞的代谢重编程，还导致了乳酸的大量生成，从而提高了乳酸化水平。TGF-β作为主要的信号分子，其信号传递路径在内皮细胞中具有显著的活跃度，并且与细胞的糖酵解水平密切相关。这表明，TGF-β通过诱导内皮细胞的代谢重编程，进而促进乳酸的积累和乳酸化事件的发生。此外，通过分析细胞类型浸润情况，研究人员发现，IPF患者体内高乳酸化内皮细胞的比例显著增加，并且这些细胞的丰度与肺功能下降和不良预后密切相关。

在IPF的病理过程中，内皮细胞的异常转化（EndMT）被认为是纤维化形成的重要机制之一。通过进一步的实验验证，研究人员发现，TGF-β的刺激不仅能够提高内皮细胞中IGFBP7和CCT2的表达水平，还能够促进这些细胞的迁移和转化能力。这种转化过程可能涉及细胞间通信的变化，以及代谢状态的调整。例如，巨噬细胞作为TGF-β的主要来源之一，其与内皮细胞之间的相互作用可能在乳酸化水平的升高中起到了关键作用。此外，内皮细胞自身也可能是TGF-β信号的发送者，其活动水平与乳酸的生成和乳酸化过程紧密相关。

进一步的机制研究显示，IGFBP7和CCT2可能通过不同的途径影响EndMT过程。IGFBP7作为一种与血管通透性和细胞间连接相关的蛋白，其表达可能影响内皮细胞的屏障功能和粘附特性，从而促进EndMT的早期阶段。而CCT2作为TRiC/CCT蛋白复合体的一部分，可能通过参与关键信号蛋白的折叠和稳定，间接调控EndMT的发生和发展。例如，CCT2可能在Wnt信号通路中起到重要作用，通过调节β-连环蛋白的降解，影响细胞的转化过程。此外，CCT2作为一种分子伴侣，可能在细胞应激状态下（如氧化应激或内质网应激）发挥保护作用，但其在特定病理条件下的功能变化可能有助于内皮细胞向更具迁移能力和抗性特征的间质细胞转化。

尽管本研究取得了一定的进展，但仍存在一些局限性。例如，对IGFBP7和CCT2在EndMT中的作用机制的探索主要依赖于体外实验，而未能在体内模型中进行充分验证。此外，关于这两个基因在IPF中表达调控的上游信号通路尚未完全阐明。未来的研究需要进一步结合体内模型和多组学分析，以全面揭示乳酸化在IPF中的具体作用机制。同时，还需探索这些基因在其他相关疾病中的潜在应用，以及它们在临床诊断和治疗中的价值。

综上所述，本研究通过整合单细胞和批量RNA测序数据，结合多种机器学习算法、Cox回归分析和孟德尔随机化方法，揭示了乳酸化在IPF中的重要性。IGFBP7和CCT2作为关键的乳酸化相关基因，其高表达可能与内皮细胞的EndMT过程密切相关，而TGF-β通过诱导内皮细胞的代谢重编程，进一步促进了乳酸的积累和乳酸化水平的升高。这一发现不仅为IPF的发病机制提供了新的见解，还为开发新的诊断标志物和治疗靶点奠定了基础。未来的研究需要进一步探索这些基因在体内环境中的功能，以及它们在不同病理条件下的调控机制，以期为IPF的临床管理和治疗策略提供更加精准的依据。