糖尿病肾病进展的关键分子驱动因子：整合生物信息学与体内验证研究

这篇研究通过整合转录组分析（WGCNA）、蛋白质互作网络（PPI）和机器学习算法（RF/SVM），鉴定出COL1A2、CD163、FN1和CCL2四个基因在糖尿病肾病（DN）中显著上调，涉及细胞外基质（ECM）重塑和慢性炎症。多物种验证证实其作为生物标志物和治疗靶点的潜力，为DN机制研究和临床干预提供新方向。

　　

1 引言

糖尿病肾病（DN）作为糖尿病最严重的微血管并发症，以肾小球基底膜增厚、间质纤维化和持续性蛋白尿为特征。尽管临床管理有所进步，但其分子机制尚未完全阐明。本研究通过整合两组独立人类肾脏转录组数据集，结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）、高严谨性蛋白质互作网络（PPI）筛选及双机器学习算法，聚焦DN进展阶段的分子驱动因子，填补了该领域的空白。

2 材料与方法

数据预处理：从GEO数据库获取GSE96804和GSE30122数据集，经批次校正和差异表达基因（DEGs）筛选（|log₂FC|≥1，FDR<0.05）。

WGCNA分析：鉴定出与DN最相关的基因模块——GSE96804的darkgrey模块（r=0.83）和GSE30122的saddlebrown模块（r=0.69）。

PPI网络与机器学习：通过STRING数据库构建互作网络，结合Degree和Betweenness中心性筛选出11个枢纽基因，再经随机森林（RF）和支持向量机（SVM）交叉验证，最终锁定COL1A2、CD163、FN1和CCL2。

实验验证：在人类肾活检样本和两种糖尿病小鼠模型（STZ诱导型与db/db型）中，通过免疫组化（IHC）和qPCR验证基因表达。

3 结果

关键基因鉴定：COL1A2（胶原蛋白α2链）、CD163（M2巨噬细胞标记物）、FN1（纤维连接蛋白）和CCL2（单核细胞趋化因子）在DN样本中一致性上调。

功能富集：基因集富集分析（GSEA）显示这些基因显著富集于NOD样受体信号通路（涉及NLRP3炎症小体激活）、ECM-受体相互作用及T/B细胞受体通路，提示其通过免疫-纤维化轴驱动DN进展。

诊断价值：ROC曲线显示四基因在两组数据集中的AUC均达中等以上水平，其中CCL2在GSE96804的AUC为0.89，展现出优异判别力。

跨物种验证：人类组织中，IHC显示四基因蛋白表达于肾小球和肾小管区域，强度较对照组升高2-4倍（p<0.001）；小鼠模型中，STZ组和db/db组的mRNA水平均显著上调（p<0.01）。

4 讨论

机制解析：

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  COL1A2和FN1通过TGF-β/SMAD通路促进ECM沉积，直接导致肾纤维化。

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  CD163反映M2巨噬细胞浸润，其双重角色可能从早期抗炎转为晚期促纤维化。

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  CCL2-CCR2轴介导单核细胞募集，维持慢性炎症微环境。

  治疗潜力：CCL2抑制剂（如bindarit）和FN1-整合素拮抗剂已进入实验性肾病研究，而COL1A2可通过靶向TGF-β上游调控间接抑制。

5 结论

本研究系统揭示了COL1A2、CD163、FN1和CCL2作为DN核心分子标签的价值，其通过免疫-纤维化网络驱动疾病进展。未来需通过单细胞测序和基因编辑进一步验证其因果性，并探索其临床分期关联性，为DN精准诊疗提供新策略。