基于中性粒细胞胞外诱捕网相关基因的溃疡性结肠炎诊断及抗TNF-α治疗无应答预后模型研究

【编辑推荐】本研究通过生物信息学分析揭示中性粒细胞胞外诱捕网（NET）相关基因在溃疡性结肠炎（UC）中的关键作用，鉴定出FCGR3B、IL1RN等5个核心基因，构建了UC诊断模型和抗TNF-α（肿瘤坏死因子α）治疗无应答预测模型。研究发现NET高活性亚型（C1）患者对英夫利昔单抗（infliximab）和戈利木单抗（golimumab）的应答率显著降低（57.4% vs 22.0%），为临床个体化治疗提供了新靶点。

　　

背景

中性粒细胞胞外诱捕网（NET）在溃疡性结肠炎（UC）发病机制中起关键作用，其与抗肿瘤坏死因子α（anti-TNF-α）治疗抵抗的关联尚不明确。研究团队通过整合京都基因与基因组百科全书（KEGG）和基因表达综合数据库（GEO）数据，首次系统分析了NET相关基因在UC分子分型、免疫微环境重塑及治疗应答预测中的价值。

方法

从KEGG获取192个NET相关基因，结合GSE87466等5个UC黏膜活检数据集，采用无监督共识聚类将患者分为C1/C2亚型。通过CIBERSORT算法解析免疫细胞浸润特征，加权基因共表达网络分析（WGCNA）和机器学习（随机森林、支持向量机等）筛选核心基因，最终构建基于最小绝对收缩选择算子（LASSO）回归的诊断和预后模型。

结果

分子分型与免疫特征

基于33个差异表达的NET基因（p<0.0001），UC患者被分为C1（NET高活性）和C2亚型。C1组呈现显著的中性粒细胞浸润（p<0.001）和炎症通路激活（IL-2/STAT5、TNF-α/NF-κB、IL-6/JAK/STAT3），其抗TNF-α治疗无应答率高达57.4%（C2仅22.0%，p=0.003）。

核心基因鉴定

机器学习确定5个关键基因：

• •

  FCGR3B（IgG Fc受体）：与中性粒细胞活化直接相关，拷贝数变异与亚洲人群UC易感性关联

• •

  IL1RN（IL-1受体拮抗剂）：调控IL-1介导的NET形成，敲除小鼠模型显示自发结肠炎

• •

  S100A8/A9（钙结合蛋白）：通过活性氧（ROS）促进肽酰精氨酸脱亚胺酶4（PAD4）依赖性NET释放

• •

  CXCL8（IL-8）：驱动中性粒细胞趋化，与UC疾病活动度正相关

模型验证

诊断模型（AUC=0.991）在独立队列GSE206285中保持优异性能。预后模型基于FCGR3B和IL1RN，预测戈利木单抗无应答的AUC达0.741，在英夫利昔单抗队列（GSE12251/GSE16879）中验证AUC分别为0.962和0.801。

讨论

NET高活性亚型（C1）的耐药机制可能涉及：

1. 1.

   中性粒细胞弹性蛋白酶降解抗TNF-α药物

2. 2.

   基质金属蛋白酶（MMPs）上调加速生物制剂清除

3. 3.

   CXCL8/S100A8/A9正反馈环路维持NET持续释放

研究创新性体现在：

• •

  首次建立NET相关基因的UC分型标准

• •

  揭示FCGR3B作为跨种族预测标志物的潜力

• •

  提供可临床转化的可视化列线图（Nomogram）

局限与展望

需前瞻性验证模型在亚洲人群的适用性，并进一步阐明NET核心基因通过表观遗传修饰（如DNA甲基化）影响治疗应答的具体机制。靶向NET形成关键节点（如PAD4抑制剂）或可改善难治性UC患者预后。