基于WGCNA与溶酶体自噬分析的溃疡性结肠炎枢纽基因鉴定与实验验证

本研究针对溃疡性结肠炎(UC)发病机制中溶酶体自噬调控不清的问题，通过整合WGCNA网络分析与溶酶体自噬基因筛选，鉴定出CASP1、CXCL1等5个关键枢纽基因，并利用动物模型验证其表达特征。研究揭示了溶酶体自噬-免疫微环境互作在UC中的核心作用，为靶向治疗提供了新思路。

　　

肠道炎症的谜题与溶酶体自噬的曙光
溃疡性结肠炎(UC)是一种困扰全球的慢性肠道炎症疾病，其发病率在高收入国家可达每10万人中350-450例。这种疾病不仅导致患者反复腹痛、血便，更可能引发结直肠癌变。尽管已知遗传易感性、免疫失调和肠道菌群紊乱共同参与发病，但核心调控机制仍如雾里看花。近年来，溶酶体自噬(lysosomal autophagy)这一细胞"清洁工"引起了研究者注意——它既能清除受损细胞器，又能调控炎症信号，恰似UC病理过程中的"双面间谍"。

昆明医科大学第二附属医院胃肠外科的研究团队在《Human Genomics》发表的研究，首次通过多组学整合揭示了溶酶体自噬相关枢纽基因在UC中的调控网络。研究人员采用生物信息学"组合拳"：从GEO数据库获取GSE47908数据集（含45例UC和15例健康样本），通过PCA(主成分分析)和limma包筛选差异基因；运用WGCNA(加权基因共表达网络分析)构建模块；结合GeneCards数据库的溶酶体自噬基因集进行交叉分析。实验验证阶段则建立DSS诱导的小鼠结肠炎模型，通过RT-qPCR等技术验证关键基因表达。

差异表达分析结果
PCA分析显示UC三种亚型（左侧结肠炎、全结肠炎、UC相关异型增生）存在明显转录组差异。共鉴定482个上调基因和183个下调基因，其中溶酶体自噬相关差异基因在IL-17、NF-κB等炎症通路显著富集。

共表达网络与模块鉴定
WGCNA分析确定绿色模块（238基因）与UC整体最相关，灰色模块（2907基因）和蓝绿色模块（2355基因）分别对应左侧结肠炎和全结肠炎亚型。模块特征基因与免疫应答、蛋白酶活性调控等功能密切相关。

溶酶体自噬相关DEGs鉴定
通过维恩分析筛选出19个核心基因，其中CASP1(caspase-1)作为炎症小体效应分子，可通过切割GSDMD(gasdermin D)诱发细胞焦亡；CXCL1则通过CXCR2受体招募中性粒细胞，形成"炎症-自噬"恶性循环。

PPI网络与枢纽基因
STRING数据库构建的蛋白互作网络锁定5个枢纽基因：

• CASP1：介导溶酶体膜通透性增加
• LCN2：通过铁载体结合调控ROS水平
• PSMB9：免疫蛋白酶体核心组分
• AGT：通过肾素-血管紧张素系统影响TFEB核转位

免疫浸润分析
CIBERSORT算法揭示UC组M0/M1巨噬细胞、活化树突细胞显著增加（P<0.001），而调节性T细胞(Treg)减少。这种"促炎-抑炎"失衡与溶酶体功能障碍形成正反馈循环。

动物实验验证
DSS模型小鼠结肠长度缩短40%，H&E染色显示广泛上皮坏死。RT-qPCR证实5个枢纽基因表达显著上调（P<0.05），其中LCN2表达增幅达8倍，提示铁代谢紊乱可能是溶酶体损伤的关键诱因。

这项研究开创性地构建了UC溶酶体自噬调控网络，揭示CASP1等基因通过"炎症小体激活-溶酶体膜破裂-自噬流阻滞"的三联机制驱动疾病进展。特别值得注意的是，AGT基因对TFEB(溶酶体生物发生主调控因子)的抑制作用为UC治疗提供了新靶点。未来研究可进一步探索：①单细胞测序解析枢纽基因的细胞特异性表达 ②TFEB激动剂在UC模型中的治疗效果 ③铁螯合剂干预对LCN2-溶酶体轴的影响。这些发现不仅为理解UC异质性提供了分子标签，更可能催生"溶酶体靶向治疗"新策略。