CD9:肌肉减少症潜在新生物标志物及靶向药物预测研究

【字体: 时间:2025年05月31日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为解决肌肉减少症(sarcopenia)早期诊断及治疗药物匮乏问题,研究人员对 SAM-P8 小鼠开展转录组(transcriptomics)与蛋白质组(proteomics)联合分析,发现 CD9 显著下调,且分子对接预测 3 种靶向药物,为诊疗提供新方向。

  随着全球人口老龄化加剧,肌肉减少症正成为日益严峻的健康挑战。这一因衰老导致的骨骼肌质量与力量进行性下降的疾病,不仅会引发跌倒、骨折、肢体残疾等不良后果,还与全因死亡率升高密切相关。据统计,我国老年人群中肌肉减少症患病率高达 20.7%,80 岁以上人群更是超过 45%,然而目前临床尚无获批的有效治疗药物,早期诊断标志物也极为有限。因此,寻找可用于早期预警的生物标志物及靶向治疗药物,成为破解这一难题的关键。
来自山西白求恩医院、中国医学科学院北京协和医学院等机构的研究团队,针对这一困境展开深入探索。他们以衰老加速小鼠 SAM-P8 为研究模型,通过转录组与蛋白质组联合分析(multi-omics analysis),结合分子对接(molecular docking)技术,系统挖掘肌肉减少症相关的关键基因与潜在治疗药物。该研究成果发表于《Scientific Reports》,为肌肉减少症的诊疗突破提供了重要线索。

研究人员主要采用了以下关键技术方法:首先利用跑步机测试、前肢抓力测试等功能学实验,结合肌肉重量、肌纤维横截面积(CSA)测量及 HE 染色,确认 28 周龄 SAM-P8 小鼠成功构建肌肉减少症模型;随后对腓肠肌组织进行转录组和蛋白质组测序,筛选差异表达基因(DEGs)和差异表达蛋白(DEPs);通过 STRING 数据库构建蛋白质 - 蛋白质相互作用(PPI)网络,运用 EPC、MNC 等算法识别核心基因;借助基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析进行功能富集;利用 qRT-PCR 和免疫荧光(IF)实验对关键基因进行验证;最后通过 DGIdb 数据库预测靶向药物,并采用 Autodock Vina 进行分子对接分析。

28 周龄 SAM-P8 小鼠肌肉减少症模型成功建立


功能学测试显示,与正常对照组 SAM-R1 小鼠相比,模型组小鼠的肌肉耐力(跑步机跑步距离)和爆发力(前肢抓力)均显著下降(pvalue<0.001)。腓肠肌、趾长伸肌(EDL)和比目鱼肌的重量及肌肉组织指数(肌肉重量 / 体重)均明显降低(pvalue<0.05 至 < 0.001),HE 染色进一步证实肌纤维横截面积显著缩小(pvalue<0.001),表明 SAM-P8 小鼠已呈现典型的肌肉减少症特征。

筛选出 637 个 DEGs 和 94 个 DEPs


转录组分析发现 637 个差异表达基因,其中 521 个上调、116 个下调;蛋白质组分析鉴定出 94 个差异表达蛋白,46 个增加、48 个减少。主成分分析(PCA)显示模型组与对照组数据具有高度异质性,证实筛选结果可靠。这些差异分子为后续分析奠定了基础。

鉴定出 37 个转录组核心基因及 50 个蛋白质组核心蛋白


通过 PPI 网络分析及四种算法排序,转录组中获得 37 个重叠核心基因,涉及载脂蛋白家族(Apoa1、Apoe 等)、细胞色素 P450 家族等;蛋白质组中筛选出 50 个重叠核心蛋白,富集于核糖体、谷胱甘肽代谢等通路。GO 和 KEGG 分析显示,转录组核心基因主要参与甘油三酯丰富脂蛋白颗粒重塑、类固醇代谢等过程,蛋白质组核心蛋白则与突触翻译、硝基苯代谢等功能相关。

联合分析确定 8 个关键基因,CD9 被验证为新型生物标志物


通过整合转录组与蛋白质组数据,筛选出 8 个关键基因(Apoa1、Apoe、Apoa2、Rpl21、Nefm、Cd9、Rpl6、Cd81)。进一步验证发现,仅 CD9 在转录和蛋白水平均显著下调(pvalue<0.01 至 < 0.001)。基因集富集分析(GSEA)显示,CD9 参与 ATP 生物合成(ATP biosynthesis)、线粒体生物发生(mitochondrial biogenesis)、氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)等关键通路,提示其通过调控能量代谢影响肌肉衰老。

预测出 3 种靶向 CD9 的潜在药物


利用 DGIdb 数据库预测到 28 个靶向 CD9 的候选药物,分子对接结果显示,达泊西汀(dapoxetine)、左米那普仑(levomilnacipran)、米那普仑(milnacipran)与 CD9 结合能最低(-7.937 至 - 5.473 kcal/mol),结合构象稳定,其中米那普仑还形成 1 个氢键。这些 “老药新用” 的候选化合物为后续研究提供了重要方向。

研究首次证实 CD9 可作为肌肉减少症的新型生物标志物,其表达水平与肌肉衰老程度密切相关,且通过调控线粒体功能和能量代谢参与疾病进程。同时,研究预测的靶向药物为开发针对性疗法提供了有价值的线索,尤其是临床已用于治疗早泄和抑郁症的 SSRIs/SNRIs 类药物,有望通过重新定位开启肌肉减少症药物治疗的新途径。尽管研究尚未完全阐明 CD9 的具体作用机制及药物在体内的疗效,但其为该领域提供了清晰的研究方向。未来若能进一步验证 CD9 的临床诊断价值,并开展靶向药物的动物及人体试验,将极大推动肌肉减少症的精准诊疗进展,为缓解老龄化社会的医疗负担带来希望。

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