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为探究特发性肺纤维化（IPF）发病机制，研究人员整合生物信息学分析，筛选关键基因和通路。他们发现 8 个受甲基化影响的基因，确定多条关键通路及 10 个关键基因。这为 IPF 治疗提供新方向。
特发性肺纤维化（IPF）是一种慢性、进行性、纤维化的间质性肺炎，常见于老年人，常伴有进行性呼吸困难和肺功能恶化。目前其发病机制尚不明确，这严重限制了治疗方法的开发。因此，筛选出有助于 IPF 诊断和治疗的特异性分子生物标志物，并探索其潜在分子机制，具有重大的临床意义。
山西医科大学的研究人员为了深入探究 IPF 的发病机制，开展了相关研究。他们通过分析从 NCBI - GEO 数据库获取的 GSE173355 和 GSE173356 数据集，进行了一系列生物信息学分析，包括筛选差异表达基因（DEGs）和差异甲基化位点、功能富集分析、免疫细胞分析、构建蛋白质 - 蛋白质相互作用网络（PPI）等，并在博来霉素诱导的 IPF 小鼠模型和 A549 细胞上皮 - 间质转化（EMT）模型中进行验证。研究发现了 8 个表达受甲基化负面影响的基因，确定了 Rap1 通路、粘着斑和轴突导向等关键通路，还筛选出 361 个差异表达的免疫相关基因（IRGs），并通过 PPI 网络分析得到 10 个关键基因和 3 个核心子网。该研究为 IPF 发病机制提供了新见解，也为潜在治疗策略提供了方向，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员开展研究用到的主要关键技术方法有：从 NCBI - GEO 数据库下载 IPF 的基因表达谱数据和相应甲基化数据；利用 R 语言的多个软件包进行数据标准化、主成分分析（PCA）、差异表达分析、功能富集分析、mRNA 与甲基化关联分析等；使用 ESTIMATE 算法和 CIBERSORTx 计算免疫相关分数和免疫细胞组成；通过 STRING 数据库和 Cytoscape 软件构建和分析 PPI 网络；构建博来霉素诱导的 IPF 小鼠模型和 TGF - β 诱导的 A549 细胞 EMT 模型，并利用 RT - qPCR 验证基因表达。
研究结果
- 数据信息与 DEGs 鉴定：对 GSE173355 数据集的 37 个样本 mRNA 表达水平进行标准化和 PCA 分析，发现 IPF 组和对照组有显著差异。使用 limma 和 edgeR 包进行差异表达分析，得到多个 DEGs，这些 DEGs 能有效区分 IPF 和对照样本。
- DEGs 的功能富集分析：对 DEGs 进行 GO 和 KEGG 分析，发现其在细胞连接组装、细胞 - 基质粘附、细胞外基质组织等生物学过程，以及 PI3K - Akt 信号通路、MAPK 信号通路等多条信号通路中显著富集，与肺纤维化进展密切相关。
- 甲基化数据分析：分析 GSE173356 数据集，得到 4933 个差异甲基化位点和 87 个差异甲基化区域。功能富集分析显示，差异甲基化位点在细胞迁移、解剖结构形态发生等生物学过程和 Rap1 信号通路等多条信号通路中显著富集，与 DEGs 功能富集结果相似。
- mRNA 与甲基化的关联分析：筛选出 8 个表达水平受甲基化显著影响的基因，如 PDCD1LG2 基因启动子区域高甲基化导致其低表达，TTC34 等基因启动子区域低甲基化导致高表达。
- IPF 的免疫微环境分析：IPF 组的基质评分、免疫评分和 ESTIMATE 评分显著低于对照组，免疫细胞组成也有显著差异，12 种免疫细胞浸润丰度不同，19 种免疫细胞的 GSVA 富集评分有差异，表明不同免疫环境可能与 IPF 相关。
- 差异表达 IRGs 的分析：筛选出 361 个差异表达的 IRGs，构建 PPI 网络并分析得到 10 个关键节点基因和 3 个核心子网。
- DNA 甲基化和免疫相关基因表达的验证：在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型和 A549 细胞 EMT 模型中，验证了生物信息学分析结果。小鼠模型中肺组织炎症和胶原沉积增加，免疫相关基因表达趋势与分析一致；A549 细胞 EMT 模型中，关键免疫调节基因表达下降。
研究结论与讨论
研究通过综合生物信息学分析，筛选出 IPF 中的 DEGs 和差异表达甲基化位点，确定了 8 个受甲基化负调控的基因，表明 IPF 与免疫环境密切相关，10 个关键节点基因和 3 个核心子网可能是 IPF 免疫调节的关键。这为后续研究 IPF 分子机制提供了精确方向和理论基础，也为发现新的诊断生物标志物和治疗策略提供了线索。
然而，研究也存在一定局限性。博来霉素诱导的小鼠模型虽能模拟 IPF 部分病理特征，但无法完全重现其慢性和渐进性本质，且小鼠和人类在免疫反应、组织修复机制及再生能力等方面存在差异。未来研究计划利用人体组织样本进行多维验证实验，深入探究关键基因及其调控信号通路在纤维化病变微环境中的空间异质性。总体而言，该研究为 IPF 的研究和治疗开辟了新的道路，具有重要的科学价值和临床意义。
