铁死亡相关枢纽基因与免疫细胞动态作为年龄相关性黄斑变性的诊断生物标志物

本研究针对年龄相关性黄斑变性（AMD）这一导致老年人视力丧失的主要疾病，探索了铁死亡（Ferroptosis）相关基因与免疫微环境的相互作用。通过生物信息学分析和机器学习方法，研究人员鉴定出FADS1、TFAP2A、AKR1C3和TTPA四个关键基因，并在体外和体内模型中验证其表达变化。研究揭示了铁死亡与AMD进展的关联，为开发新型诊断标志物和治疗靶点提供了重要依据。

　　

背景与挑战

年龄相关性黄斑变性（AMD）是工业化国家50岁以上人群视力丧失的首要原因，尽管抗血管内皮生长因子（VEGF）疗法对新生血管性AMD（nAMD）有一定效果，但高昂的治疗费用和疗效局限仍是重大挑战。AMD的核心病理机制涉及氧化应激和慢性炎症导致的视网膜色素上皮（RPE）细胞损伤，而铁离子积累与铁死亡（Ferroptosis）——一种依赖铁离子和脂质过氧化的细胞死亡形式——可能在这一过程中扮演关键角色。然而，铁死亡相关基因（FRGs）在AMD中的作用尚未明确，亟需系统性研究。

研究方法

研究团队从GEO数据库获取AMD患者与健康对照的视网膜转录组数据（GSE29801和GSE49107），通过差异表达基因（DEGs）分析、GO/KEGG功能富集筛选出铁死亡相关基因，并应用LASSO回归、支持向量机（SVM）和随机森林（Random Forest）算法鉴定枢纽基因。体外实验采用香烟烟雾提取物（CSE）刺激原代RPE细胞，体内模型通过玻璃体内注射CSE构建AMD小鼠模型，结合RT-PCR、Western blot和电子显微镜技术验证基因表达与铁死亡特征。

研究结果

1. 1.

   差异基因与铁死亡关联

   在AMD患者黄斑区发现452个DEGs，其中19个与铁死亡相关，显著富集于不饱和脂肪酸合成和铁死亡通路（如FADS1、AKR1C3）。

1. 1.

   枢纽基因鉴定

   机器学习筛选出FADS1、TFAP2A、AKR1C3和TTPA四个枢纽基因，ROC曲线显示其诊断价值（AUC=0.626-0.657）。外部数据集验证了这些基因在AMD中的表达变化。

2. 2.

   免疫微环境特征

   CIBERSORT分析显示AMD黄斑区 na?ve B细胞、调节性T细胞（Tregs）和M1型巨噬细胞浸润增加，与枢纽基因表达显著相关（如AKR1C3与Tregs正相关）。

3. 3.

   实验验证

   CSE处理的RPE细胞和小鼠视网膜中，FADS1、AKR1C3和TTPA表达上调，TFAP2A下调，电子显微镜观察到典型的铁死亡形态学特征（线粒体嵴消失、膜结构损伤）。

结论与意义

该研究首次系统揭示了铁死亡相关基因（FADS1、AKR1C3等）在AMD中的调控作用，其通过影响脂质代谢和氧化应激参与疾病进展。枢纽基因与免疫细胞浸润的关联为AMD的免疫微环境研究提供了新视角。未来靶向铁死亡通路或可成为干预AMD的新策略，例如通过调控NRF2/GPX4轴或设计拮抗hsa-miR-155-5p的纳米药物。研究局限性包括样本量较小，需进一步扩大临床验证和分子机制探索。

技术方法概要

研究整合了生物信息学（GEO数据挖掘、CIBERSORT免疫浸润分析）、机器学习（LASSO/SVM/Random Forest）和实验验证（原代RPE细胞培养、CSE诱导的小鼠AMD模型、RT-PCR/Western blot/电镜）。关键样本来源为GSE29801和GSE49107数据集，实验模型采用重庆医科大学附属第一医院伦理委员会批准的动物实验（IACUC-CQMU-2023-0355）。