多组学与孟德尔随机化研究：揭秘 CHIT1—— 脓毒症的新型生物标志物与治疗新靶点

脓毒症死亡率高且缺乏有效治疗手段。研究人员通过整合多组学和孟德尔随机化（MR）分析，研究脓毒症的潜在生物标志物和治疗靶点。结果发现 CHIT1 是脓毒症新标志物和潜在靶点，或可改善脓毒症预后。

　　脓毒症，这个隐藏在人体健康背后的 “杀手”，正以极高的死亡率威胁着全球无数人的生命。每年，超过 2000 万例的脓毒症病例被报道，死亡率约达 26%，仅在美国，每年就有大约 850,000 人次因脓毒症紧急就医。尽管科研人员在脓毒症研究领域投入了大量精力，开展了超过 200 项随机对照试验（RCTs），但遗憾的是，至今仍未找到一种对脓毒症可靠有效的单一治疗方法。当前的治疗手段主要集中在支持性治疗，如控制感染、使用抗生素、复苏以及管理器官功能障碍等，然而这些措施并不能从根本上解决脓毒症的难题。

在脓毒症复杂的病理生理过程中，免疫系统、血管系统和代谢系统都会产生异常反应。其中，免疫反应失衡尤为关键，病原体逃脱防御机制，持续造成细胞损伤，引发过度炎症和免疫抑制，严重影响患者的预后。因此，深入了解脓毒症的发病机制，寻找新的生物标志物和治疗靶点，成为了医学领域亟待解决的重要问题。

为了攻克这一难题，广州前海人寿广州总医院老年病科以及广西医科大学第一附属医院急诊科的研究人员，展开了一项极具意义的研究。他们整合多组学和孟德尔随机化（MR）分析方法，致力于寻找能够预测脓毒症患者预后的关键生物标志物，并深入探究其潜在的分子机制。这项研究成果发表在了《Scientific Reports》杂志上，为脓毒症的研究和治疗开辟了新的方向。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，从基因表达综合数据库（GEO）获取脓毒症患者的批量转录组数据（如 GSE65682、GSE28750 等）和外周血单细胞 RNA 测序（scRNA-seq，如 GSE167363）数据，为后续分析提供了丰富的基因表达信息。其次，MR 分析的数据则来源于 eQTLGen 联盟和 IEU OpenGWAS 项目。此外，研究人员还进行了差异表达基因（DEGs）分析、生存分析、细胞 - 细胞相互作用分析等，全面深入地探究脓毒症相关基因的功能和作用机制。

下面来详细看看研究结果：

1. 脓毒症与健康对照的差异表达基因（DEGs）鉴定：通过对 GSE65682 数据集的分析，研究人员发现脓毒症患者与健康对照（HCs）之间存在明显的基因表达差异。与 HCs 相比，脓毒症患者中有 460 个基因上调，853 个基因下调。基因本体（GO）注释和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析显示，这些差异表达基因与免疫细胞的分化、激活、迁移和趋化等生物学过程密切相关，同时也涉及到人类 T 细胞白血病病毒 1 感染、造血细胞谱系等多条信号通路，表明脓毒症中失调的基因与免疫细胞功能显著相关，可能对脓毒症的发生发展起到重要作用。
2. 与脓毒症患者 28 天死亡率相关基因的鉴定：利用 GSE65682 数据集进行生存分析，研究人员鉴定出了与脓毒症患者 28 天死亡率相关的基因。单变量生存分析显示，有 90 个基因被归类为高风险基因，397 个基因被归类为低风险基因。进一步分析发现，86 个基因既是 28 天死亡率的高风险基因，又在脓毒症中上调；345 个基因既是低风险基因，又在脓毒症中下调。这些基因的发现为后续寻找关键的生物标志物和治疗靶点提供了重要线索。
3. MR 分析确定 CHIT1 为与脓毒症 28 天死亡率相关的因果基因和潜在药物靶点：在对上述筛选出的基因进行 MR 分析后，研究人员发现几丁质酶 1（CHIT1）不仅在脓毒症患者中高表达，且与 28 天死亡率显著相关，是一个高风险易感基因和潜在的可药物治疗靶点。森林图、留一法敏感性分析和散点图等结果都有力地支持了这一结论，表明 CHIT1 在脓毒症的发展和预后中可能发挥着关键作用。
4. CHIT1 在脓毒症中的表达及其与 28 天死亡率的关联：研究发现，脓毒症患者的 CHIT1 表达水平显著高于 HCs，且脓毒症非幸存者的 CHIT1 表达水平高于幸存者。受试者工作特征（ROC）曲线分析显示，CHIT1 基因表达对脓毒症具有较高的诊断准确性，曲线下面积（AUC）达到 0.872。此外，CHIT1 高表达与脓毒症患者较差的生存结局相关，风险比（HR）为 1.38（95% CI：1.08 - 1.76，p=0.007）。在多个独立队列（GSE28750、GSE57065 和 GSE95233）以及对 5 名 HC 和 5 名脓毒症患者的外周血单个核细胞（PBMCs）分析中，都进一步验证了这一结果，且亚组分析表明 CHIT1 的表达不受性别、年龄、肺炎类型和重症监护病房（ICU）感染情况等因素的影响，证实了 CHIT1 作为脓毒症生物标志物的可靠性。
5. sc - RNA 分析显示 CHIT1 主要在脓毒症患者外周血的髓系细胞中表达：对 GSE167363 数据集的 sc - RNA 分析发现，CHIT1 在脓毒症患者外周血的髓系细胞中表达较高。通过对髓系细胞的亚群分析，研究人员进一步确定 CHIT1 主要在中性粒细胞中表达，且 CHIT1⁺中性粒细胞在脓毒症非幸存者中高度积累，这表明 CHIT1 可能通过调节中性粒细胞的活性参与脓毒症的进展和死亡过程。
6. CHIT1⁺中性粒细胞中促炎相关基因表达升高：CHIT1⁺中性粒细胞与其他髓系细胞亚群相比，促炎相关基因（如 S100A8、S100A9 等）、促炎相关受体（如 IL1R2、IFNGR2 等）和趋化因子（如 CXCL8）的表达水平更高，且这些基因在脓毒症非幸存者的 CHIT1⁺中性粒细胞中表达更高。这表明 CHIT1⁺中性粒细胞可能通过释放促炎因子加剧炎症反应，从而推动脓毒症的进展。
7. CHIT1⁺中性粒细胞中 HLA 相关基因表达降低：研究发现，CHIT1⁺中性粒细胞中 HLA 相关基因（如 HLA - DMA、HLA - DPA1 等）的表达水平低于其他髓系细胞亚群，且在脓毒症非幸存者的 CHIT1⁺中性粒细胞中表达更低。由于 HLA - DR 表达与脓毒症的严重程度和免疫功能障碍相关，这一结果提示 CHIT1⁺中性粒细胞可能通过下调 HLA 相关基因促进脓毒症的进展和 28 天死亡率的增加。
8. CHIT1⁺中性粒细胞是终末分化的髓系细胞亚群，可通过 ICAM1 - (ITGAM + ITGB2) 通路与其他免疫细胞相互作用：通过细胞轨迹分析，研究人员发现 CHIT1⁺中性粒细胞是终末分化的髓系细胞亚群。CellChat 分析显示，CHIT1⁺中性粒细胞可通过 ICAM1 - (ITGAM + ITGB2) 通路与多种免疫细胞（如 NK 细胞、红细胞、单核细胞 / 巨噬细胞等）相互作用，这表明 CHIT1⁺中性粒细胞可能通过调节免疫细胞间的相互作用影响脓毒症的严重程度和结局。

综合上述研究结果，研究人员在结论和讨论部分指出，CHIT1⁺中性粒细胞在脓毒症相关死亡率中发挥着重要作用，它通过加剧过度炎症和免疫抑制，推动了脓毒症的进展。这一发现为开发针对脓毒症的靶向免疫治疗策略提供了新的方向，有望通过调节 CHIT1 的功能改善脓毒症患者的预后。然而，该研究也存在一些局限性，如 scRNA - seq 分析的样本量相对较小，可能影响研究结果的稳健性和普遍性；研究中提出的 CHIT1⁺中性粒细胞促进脓毒症进展的潜在机制还需要进一步的实验验证；CHIT1 作为生物标志物或治疗靶点的临床适用性也需要在更大规模的临床试验和不同患者群体中进行验证。尽管如此，这项研究依然为脓毒症的研究和治疗带来了新的曙光，为后续的研究奠定了坚实的基础，激励着科研人员不断探索，以期早日攻克脓毒症这一医学难题，拯救更多患者的生命。