基于生物信息学分析和实验验证识别与子痫前期相关的免疫基因及分子亚型

推荐 为解决子痫前期（PE）的病因和发病机制不明的临床问题，中国科学技术大学第一附属医院的研究人员整合了三个基因表达数据集，通过生物信息学方法和实验验证，识别出五个关键的免疫相关基因（CCL24、ENG、LCP2、GNAI1 和 FLT3）及两种分子亚型（C1 和 C2）。这些发现为PE的精准免疫治疗提供了潜在靶点和理论依据，具有重要的临床意义。

　　

论文解读
子痫前期（PE）是一种妊娠期特有的高血压疾病，通常发生在妊娠20周后，全球每年约有5万至6万例与PE相关的孕产妇死亡。PE的主要特征包括高血压和大量蛋白尿，可能导致母体器官功能障碍、胎儿生长受限以及增加心血管疾病的风险。尽管PE对母婴健康构成重大威胁，但其病因和发病机制尚未完全明确。目前广泛认为，免疫系统的异常变化是PE的主要诱因之一。胎盘植入浅表、滋养层细胞与母体免疫系统之间的相互作用异常，可能导致胎盘形成不良，从而引发PE。近年来，高通量测序和生物信息学的进步为揭示PE的遗传动态提供了宝贵的信息，但仍需进一步探索新的候选机制和治疗方法。

为了解决这些问题，中国科学技术大学第一附属医院的研究人员开展了系统性的生物信息学分析和实验验证研究。他们整合了来自Gene Expression Omnibus（GEO）数据库的三个微阵列数据集（GSE10588、GSE25906 和 GSE48424），并通过一系列生物信息学方法，识别出与PE相关的免疫基因和分子亚型。研究结果表明，五个关键基因（CCL24、ENG、LCP2、GNAI1 和 FLT3）在PE的发生发展中起重要作用，并且这些基因的表达水平与免疫细胞浸润密切相关。此外，研究人员还发现了两种分子亚型（C1 和 C2），它们在免疫细胞浸润和基因表达方面表现出显著差异。这些发现为理解PE的分子机制和设计更精准的免疫治疗方案提供了重要依据。

研究人员采用了多种生物信息学技术和实验验证方法。首先，他们从GEO数据库中下载了三个微阵列数据集，并使用“sva”R包去除批次效应，以确保数据的一致性。接着，通过“limma”R包进行差异表达分析，筛选出与PE相关的免疫基因。为了进一步探究这些基因的功能，研究人员进行了功能富集分析（GO和KEGG）、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络构建以及关键基因的筛选。通过逻辑回归分析和受试者工作特征曲线（ROC）分析，评估了关键基因的诊断价值，并构建了一个用于预测PE的列线图模型。最后，研究人员通过实时定量PCR（qRT-PCR）验证了关键基因在PE患者和正常对照组中的表达水平。

研究结果显示，共有103个免疫相关基因在PE患者和正常对照组之间存在显著差异表达，其中包括47个上调基因和56个下调基因。通过单变量和多变量逻辑回归分析，筛选出五个关键基因（CCL24、ENG、LCP2、GNAI1 和 FLT3），这些基因在PE的发生发展中起重要作用。功能富集分析表明，这些基因参与了多种生物学过程和信号通路，如细胞因子-细胞因子受体相互作用、趋化因子信号通路和自然杀伤细胞介导的细胞毒性。PPI网络分析进一步揭示了这些基因之间的相互作用关系。

在免疫细胞浸润分析中，研究人员使用CIBERSORTX软件评估了22种免疫细胞在PE患者和正常对照组中的分布情况。结果显示，M1巨噬细胞和静息肥大细胞在PE患者中显著增加，提示这些免疫细胞可能在PE的发病机制中发挥重要作用。此外，研究人员还发现，五种关键基因的表达水平与特定免疫细胞的浸润程度密切相关。例如，CCL24和ENG与调节性T细胞（Tregs）呈正相关，而FLT3和GNAI1与静息肥大细胞呈正相关。

通过对免疫相关基因的聚类分析，研究人员识别出两种分子亚型（C1 和 C2）。这两种亚型在免疫细胞浸润和基因表达方面表现出显著差异。具体而言，C1亚型中γδ T细胞、浆细胞和激活的CD4记忆T细胞的表达水平较高，而C2亚型中调节性T细胞（Tregs）的浸润水平较高。这些发现为PE的分子分型和个性化治疗提供了新的思路。

为了验证关键基因的表达水平，研究人员收集了48例胎盘组织样本，其中包括24例PE患者和24例健康孕妇的样本。通过qRT-PCR实验，研究人员发现CCL24和LCP2在正常组织中的表达水平显著高于PE患者的胎盘组织，而ENG和FLT3在PE患者中的表达水平较高。然而，GNAI1在PE患者和正常对照组中的表达水平无显著差异。

综上所述，这项研究通过生物信息学分析和实验验证，识别出五个关键基因（CCL24、ENG、LCP2、GNAI1 和 FLT3）及两种分子亚型（C1 和 C2），为PE的精准免疫治疗提供了潜在靶点和理论依据。这些发现不仅有助于深入理解PE的分子机制，还为设计更精准的治疗策略提供了重要参考。未来研究应进一步扩大样本量，并通过体内和体外实验验证关键基因的功能，以推动PE的个性化治疗发展。