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为探究骨质疏松患者椎体骨折（VF）与非骨折（NVF）的免疫细胞差异，研究人员开展基于 xCell 特征的免疫细胞分析及 XGBoost 算法预测建模研究。结果发现 VF 患者免疫细胞有差异，Th17 细胞等在发病中起关键作用。该研究为防治骨质疏松性骨折提供新思路。
在骨骼的世界里，骨质疏松就像一个隐藏的 “破坏者”，悄无声息地削弱着骨头的力量，让人们尤其是绝经后的女性，陷入椎体骨折的风险之中。椎体骨折不仅带来难以忍受的疼痛，还会严重影响患者的生活质量，许多患者甚至在日常的轻微活动中就可能遭受骨折的折磨。而且，这些骨折常常容易被忽视，得不到及时诊断和治疗，进而引发一系列更严重的健康问题。
目前，虽然针对骨质疏松性椎体骨折有多种治疗方法，从保守的药物治疗到手术干预，但对于骨折发生的机制，尤其是免疫系统在其中扮演的角色，我们的了解还十分有限。免疫系统与骨骼细胞之间复杂的相互作用，如同一个神秘的 “黑匣子”，等待着科学家们去揭开。为了深入探索这个 “黑匣子”，来自台湾卫生福利部桃园总医院骨科、国防医学院等机构的研究人员，开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《BioData Mining》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。他们利用了 Neto 等人研究中的数据集，该数据集包含 36 名绝经后骨质疏松女性，其中 24 人有椎体骨折，12 人无骨折。通过 ID 转换和数据处理，使用 R 语言中的 IOBR 包进行 xCell 特征评分，以分析免疫细胞群体差异。采用 XGBoost 算法进行预测建模，为优化模型，进行网格搜索和五折交叉验证，还使用 SMOTE 技术处理数据不平衡问题。利用 DESeq2 等包进行基因表达分析和富集分析，借助 EnrichR 数据库进行基因集筛选和功能注释。
研究结果如下：
- 免疫细胞特征差异：通过 xCell 算法分析外周血单核细胞（PBMCs）样本，发现 VF 患者和 NVF 患者的免疫和体细胞特征存在显著差异。VF 患者中 CD4+ T 细胞谱系水平显著升高，尤其是 CD4+ 初始 T 细胞、中央记忆 T 细胞等。而 B 细胞谱系在各亚群中无显著差异，这表明体液免疫在骨折发生中可能作用较小。在 CD8+ T 细胞谱系中，VF 患者效应记忆 T 细胞（CD8+Tem）评分降低。
- 预测模型构建：运用 XGBoost 算法构建预测模型，该模型在区分 VF 和 NVF 患者方面表现出色，ROC 曲线下面积（AUC）达到 0.889，具有较高的准确性和判别力。通过 SHAP 分析，确定 Th1 细胞、CD4 记忆 T 细胞和造血干细胞（HSC）等是预测 VF 的关键细胞。Th1 细胞的 SHAP 值高达 +0.765，凸显其在预测中的重要作用。
- 细胞因子和生长因子分析：利用 L1000 配体特征和基因集富集分析（GSEA），发现多种细胞因子和生长因子与 VF 相关。如干扰素 α（IFNA）、干扰素 γ（IFNG）和肿瘤坏死因子 α（TNFA）等，表明炎症通路在 VF 发病机制中起重要作用。同时，发现肝细胞生长因子（HGF）等生长因子在 VF 患者中呈负富集，反映出骨重塑过程的变化。
- T 细胞分化途径研究：借助 Elsevier 通路集合分析 Th1、Th2 和 Th17 细胞的分化模式，发现 “Th17 细胞分化” 通路在 VF 患者中显著富集，其标准化富集分数（NES）为 1.804 ，错误发现率（FDR）小于 0.001。这表明 Th17 细胞在 VF 的病理生理过程中可能比之前认为的作用更重要。
- 破骨细胞相关基因集验证：对破骨细胞激活相关基因集进行富集分析，发现与痛风、类风湿关节炎等相关的基因集在 VF 患者中呈正富集，如 IL6R、IL6ST 和 IRF4 等基因上调，促进破骨细胞激活，加剧骨吸收。而 “绝经后破骨细胞激活” 基因集未达到统计学显著性，说明 VF 患者破骨细胞激活可能主要由免疫系统诱导。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了骨质疏松性 VF 患者和 NVF 患者免疫和基质细胞特征的显著差异。Th17 细胞在骨质疏松性骨折的发病机制中扮演重要角色，其通过促进破骨细胞生成和骨吸收，加剧骨量丢失。IL-6 及其信号通路相关分子也与骨代谢和骨质疏松的发病密切相关。这些发现将特定免疫通路与 VF 患者骨折风险增加联系起来，为理解骨质疏松性骨折的发病机制提供了新视角。未来研究可进一步探索靶向 Th17/IL-6 轴的治疗潜力，以预防或减轻骨质疏松患者的骨折风险。在临床实践中，评估免疫细胞特征有助于更精准地预测骨折风险，制定个性化治疗方案，为改善骨质疏松患者的骨骼健康带来新的希望，对骨质疏松的防治具有重要的理论和临床指导意义。
