基于转录组和单细胞分析，探索牙周炎中与缺氧及铜死亡相关的生物标志物

《Clinical Oral Investigations》：Exploring hypoxia- and cuproptosis-related biomarkers in periodontitis based on transcriptome and single-cell analysis

牙周炎（PD）的生物标志物研究通过整合多组学数据与机器学习模型，鉴定出SPAG17、SLC16A9、SAA1和IGHD等关键基因，揭示其与缺氧及铜依赖性细胞凋亡（cuproptosis）的关联，并基于单细胞测序解析其在不同免疫细胞亚群中的表达特征，为靶向治疗提供新思路。

摘要

背景

牙周炎（PD）是一种慢性、多因素引起的炎症性疾病，其特征是牙周组织的进行性破坏。越来越多的证据表明，缺氧相关基因（HRGs）的失调在包括PD在内的炎症性疾病中起着关键作用。最近的研究还发现，铜依赖性的程序性细胞死亡形式——铜死亡（cuproptosis）参与了PD的发病机制，这暗示了其与铜死亡相关基因（CRGs）之间的潜在联系。尽管有这些发现，但缺氧、铜死亡与PD进展之间的相互作用仍不甚明了。本研究旨在识别和表征与PD中的缺氧和铜死亡相关的关键生物标志物，从而为其分子机制提供新的见解。

方法

PD数据集从基因表达组学数据库（GEO）下载。通过差异分析、基因集变异分析（GSVA）、机器学习、诊断评估和表达水平验证获得了PD生物标志物。构建了一个包含这些生物标志物的预测诺模图（nomogram），以评估其临床实用性。此外，还进行了功能富集分析、免疫细胞浸润谱分析以及药物预测，以探讨这些生物标志物的生物学作用和治疗意义。还分析了GSE152042的单细胞RNA测序数据，以评估细胞类型组成并检测单细胞水平上的生物标志物表达情况。

结果

差异分析发现了7个基因。Boruta算法选择了6个特征基因（ALOX15B、FAM46C、IGHD、SAA1、SLC16A9、SPAG17），其中SPAG17的重要性得分最高。LASSO回归识别出5个基因（IGHD、FAM46C、SPAG17、SAA1、SLC16A9），而RFE则确定了4个基因（SPAG17、SLC16A9、SAA1、IGHD）。在GSE16134和GSE10334中，与对照组相比，SPAG17和SLC16A9在PD中的表达显著降低（Wilcoxon检验，p < 0.05），而SAA1和IGHD的表达显著升高。这4个基因的AUC均大于0.8。无监督聚类识别出8种细胞类型。SLC16A9在上皮细胞中的表达频率最高（82.1%），表达量也最高（1.85 TPM）；SPAG17主要在血管周围细胞中表达（65.3%，1.42 TPM），SAA1在成纤维细胞中表达（73.6%，2.01 TPM），IGHD在B细胞中表达（89.2%，2.37 TPM）。

结论

IGHD、SAA1、SLC16A9和SPAG17被确定为PD的关键生物标志物。通路分析和药物预测为潜在的治疗靶点提供了见解，有助于深入理解PD的诊断和治疗。