外周血单核细胞特异性基因表达比率生物标志物(PSAP和CTSS)在细菌感染检测中的创新应用

本研究针对外周血(PB)混合样本中单细胞类型基因表达检测的难题，开发了DIRECT LS-TA（直接白细胞亚群转录本分析）技术。通过筛选PSAP和CTSS作为新型单核细胞参考基因，建立比率生物标志物(RBB)，无需细胞分选即可定量单核细胞特异性基因表达。研究发现VNN1、IL1B等50余个单核细胞信息基因在细菌感染中显著上调(中位数2.7倍，P<10-8)，诊断性能优异(AUC=0.84-0.99)。该技术为感染诊断和抗生素管理提供了新工具。

　　

在感染性疾病的临床诊断中，准确区分细菌感染至关重要。然而现有血清标志物如C-反应蛋白(CRP)和降钙素原(PCT)缺乏细胞特异性，而单细胞RNA测序和细胞分选技术又存在成本高、耗时长等问题。更棘手的是，外周血作为混合细胞样本，传统方法无法直接获取特定免疫细胞亚群的基因表达信息。这种技术瓶颈严重制约了宿主反应标志物的临床应用。

香港中文大学等机构的研究团队在《Human Molecular Genetics》发表的研究，创新性地开发了DIRECT LS-TA技术。该方法巧妙利用单核细胞在PBMC中占10-30%的比例特性，通过数学建模筛选出PSAP和CTSS作为新型单核细胞参考基因，建立比率生物标志物(RBB)，成功实现了无需细胞分选的外周血单核细胞特异性基因表达检测。研究证实该方法与金标准分选细胞检测结果高度相关(R²=0.55-0.97)，并鉴定出VNN1、NLRC4等细菌感染相关标志物。

研究主要采用生物信息学分析方法，利用GEO数据库中多个外周血和单核细胞基因表达数据集（包括GSE138746等RNA-seq数据和GSE40012等微阵列数据），通过创新的ICEBERG图筛选标准（表达差异>2.5倍）鉴定单核细胞信息基因。采用倍数中位数(MoM)标准化方法，在5个独立数据集中验证标志物的诊断性能。

【Shortlisting of potential monocyte cell-type specific(informative) genes】
研究团队建立数学模型，定义单核细胞信息基因为在纯化单核细胞中表达量比混合血样高2.5倍以上的基因（X50阈值）。通过ICEBERG图可视化分析，从公共数据集中筛选出50个符合条件的基因，包括VNN1、IL1B等免疫相关基因。值得注意的是，传统看家基因(HKG)如ACTB因缺乏细胞特异性被排除。

【Correlation between monocyte DIRECT LS-TA RBBs in PB cell-mixture samples and gene expression of isolated monocytes】
以PSAP或CTSS为参考基因（分母），计算目标基因的DIRECT LS-TA比率（相当于qPCR中的ΔCT）。在多个数据集中验证显示，该方法与金标准（分选单核细胞基因表达）高度相关，VNN1等基因的R²达0.8以上，TMEM176B甚至达到0.97。

【Standardization of DIRECT LS-TA RBB results and use as biomarkers for bacterial infection】
研究将DIRECT LS-TA结果转换为相当于qPCR ΔΔCT的MoM值。在细菌感染患者中，VNN1的DIRECT LS-TA中位数上调2.7倍（P<10^-8），对应qPCR中1.7个循环阈值变化。ROC分析显示AUC达0.84-0.99。除VNN1外，NLRC4、CYP1B1、NFKBIZ等基因也表现出优秀诊断性能（AUC>0.8）。

这项研究的意义在于：技术上，DIRECT LS-TA突破了混合样本中单细胞类型基因表达检测的技术瓶颈，相比需要全基因组数据的去卷积方法，仅需检测少量基因即可实现精准定量。临床上，建立的单核细胞特异性标志物为细菌感染诊断提供了新工具，VNN1等基因3.3倍的激活程度远超传统蛋白标志物的变化幅度。特别值得注意的是，PSAP和CTSS作为新型参考基因，在类风湿关节炎患者中表达稳定，不受临床因素干扰，保证了检测的可靠性。

该研究的创新性体现在三个方面：首先提出"单核细胞信息基因"新概念，通过数学建模明确2.5倍的筛选阈值；其次开发ICEBERG可视化工具，实现基因筛选的标准化；最后建立MoM标准化体系，使不同平台数据具有可比性。这些突破为感染性疾病的精准诊断和抗生素合理使用提供了重要技术支撑，有望改变当前依赖非特异性血清标志物的诊断格局。