机器学习驱动的血液生物标志物发现与个性化治疗策略：缺血性脑卒中管理新突破

本研究针对缺血性脑卒中(IS)早期诊断标志物缺乏的临床难题，通过RNA测序技术筛选外周血(PB)中69个差异表达基因，构建了基于BCL2A1、FAM200B、IGJ和TXN的四基因诊断模型(AUC>0.9)，揭示NK细胞功能抑制与IS的负相关性，并发现细胞松弛素D(Cyto D)可能成为新型治疗候选药物，为IS的精准诊疗提供新策略。

　　

在全球范围内，每6秒钟就有1人死于脑卒中，其中87%为缺血性脑卒中(Ischemic Stroke, IS)。尽管静脉溶栓治疗能有效开通闭塞血管，但约50%早期患者因缺乏特异性生物标志物而错过黄金治疗窗。更严峻的是，根据2021年全球疾病负担报告，虽然脑卒中年龄标准化死亡率下降，发病率却持续攀升，这凸显开发早期诊断工具的紧迫性。中国医学科学院阜外医院的研究团队在《Journal of Cardiovascular Translational Research》发表的研究，通过多组学整合分析破解了这一临床困境。

研究采用RNA测序(RNA-seq)技术分析两个独立队列（128例IS患者和73例健康对照）的外周血样本，结合机器学习算法筛选出69个核心差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs)。功能富集分析揭示NK细胞介导的细胞毒性(NK cell-mediated cytotoxicity)通路显著抑制，单样本基因集富集分析(single-sample Gene Set Enrichment Analysis, ssGSEA)进一步证实CD56^dim NK、CD56^bright NK和NKT细胞在IS患者中明显减少。团队构建的四基因诊断模型（BCL2A1、FAM200B、IGJ、TXN）在衍生队列、验证队列和外部数据集(GSE58294)中分别达到0.94、0.91和0.96的AUC值。更突破性的是，通过分子对接发现细胞松弛素D(Cytochalasin D)与硫氧还蛋白(TXN)具有高亲和力（对接得分-6.4 kcal/mol），分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟显示其与CYS-69和LYS-8残基形成稳定相互作用，为IS治疗提供新靶点。

关键技术方法包括：1）从两个临床中心收集IS患者发病48小时内外周血样本进行RNA-seq；2）采用DESeq2、limma和edgeR算法交叉验证DEGs；3）通过随机森林(Random Forests, RF)和逻辑回归筛选特征基因；4）利用Enrichr数据库预测靶向TXN的小分子化合物；5）采用AutoDock Vina和Gromacs 2022进行分子对接与100ns分子动力学模拟。

mRNA表达谱显著改变
RNA-seq分析发现衍生队列521个DEGs（64上调/457下调），验证队列378个DEGs（229上调/149下调），其中69个基因在两组间持续差异表达。热图显示这些基因在IS患者中呈现特征性表达模式。功能分析揭示这些基因富集于白细胞介导的免疫反应和IL-6产生等通路，fGSEA提示糖酵解/糖异生与IS表型正相关，而NK细胞毒性通路负相关。

IS患者免疫细胞组成改变
ssGSEA分析28种免疫细胞浸润发现，CD56^dim NK、CD56^bright NK和NKT细胞在IS组均显著减少（p<0.05）。弦图显示四基因标志物与CD56^dim NK细胞呈负相关，暗示NK细胞功能抑制可能通过调节BCL2A1等基因表达参与IS病理过程。

诊断标志物验证
四基因模型在衍生队列（AUC=0.94）、验证队列（AUC=0.91）和外部数据集（AUC=0.96）均保持优异性能。校准曲线和决策曲线分析(Decision Curve Analysis, DCA)证实模型临床实用性，当高风险阈值为0.6-1.0时，预测风险患者数与真实事件数高度匹配。

治疗靶点发现
分子对接显示Cyto D与TXN活性口袋形成氢键（GLY83/LYS85）和疏水作用（VAL65/CYS69），MD模拟中配体碳原子与CYS-69硫原子(SG)距离稳定在0.5-1.0nm。动物实验已证实Cyto D可通过上调内皮型一氧化氮合酶(eNOS)减小梗死体积，本研究首次揭示其可能通过调节TXN发挥神经保护作用。

该研究通过多组学整合和人工智能算法，首次系统阐释外周血转录组特征与IS的关联机制：1）确立NK细胞功能抑制是IS关键免疫特征；2）开发出超越传统标志物GFAP（AUC=0.915）和S100β（AUC≈0.7）的四基因诊断模型；3）发现Cyto D通过稳定TXN构象的潜在治疗价值。这些发现为IS早期诊断提供了可量化的分子指标，并为开发调节NK细胞-TXN轴的新型疗法奠定理论基础，推动脑卒中诊疗进入精准医学时代。