基于失巢凋亡抵抗的慢性阻塞性肺疾病诊断与预测模型研究

本研究通过整合生物信息学与多组学技术，首次揭示ME1、SLC2A1和BMP4等失巢凋亡（anoikis）抵抗核心基因在慢性阻塞性肺疾病（COPD）中的调控作用，构建了具有临床转化价值的诊断模型（AUC达0.882）和预后评估体系，为COPD精准分型及个体化治疗提供新靶点。

　　

摘要

慢性阻塞性肺疾病（COPD）的发病机制涉及持续性气道炎症与重塑，而失巢凋亡抵抗的作用尚未明确。研究通过整合GSE11906数据集生物信息学分析，结合LASSO回归与机器学习（RF/SVM/XGB/GLM）筛选出5个核心枢纽基因（UCHL1、ME1、SLC2A1、BMP4、CRABP2），并在人群、动物和细胞模型中验证其表达特征。临床样本显示ME1、SLC2A1和BMP4与肺气肿指数（LAA%）呈负相关（R=?0.41至?0.45），与气道壁厚度（AWT-Pi10）呈正相关（R=0.40–0.45）。基于此构建的诊断模型（肺气肿亚型AUC=0.860，疾病分期AUC=0.882）和预后模型（住院时长预测AUC=0.867）展现出显著临床价值。

材料与方法

研究采用GEO数据库的GSE11906和GSE19407数据集，通过limma包筛选差异表达基因（DEGs），并进行GO/KEGG富集分析。核心基因通过LASSO回归和机器学习算法确定，并在香烟烟雾提取物（CSE）刺激的16HBE细胞、烟雾暴露小鼠模型及临床患者外周血单核细胞（PBMCs）中验证。影像学参数通过人工智能软件A-View^?量化分析。

结果

核心基因鉴定：ME1、SLC2A1和BMP4在COPD患者PBMCs和小鼠肺组织中显著上调，且与免疫细胞（CD8⁺ T细胞、M1巨噬细胞）浸润相关。

机制探索：GSEA显示这些基因富集于PI3K-Akt、MAPK信号通路及细胞因子-受体相互作用。

临床关联：ME1表达与糖代谢重编程相关，BMP4驱动气道祖细胞异常分化，SLC2A1通过TRPV4-糖酵解轴影响巨噬细胞功能。

模型效能：肺气肿诊断模型在训练队列中灵敏度达84.62%，疾病分期模型特异性为71.43%。

讨论

研究首次将失巢凋亡抵抗机制与COPD病理表型关联，提出ME1/SLC2A1/BMP4可作为跨尺度生物标志物。局限性包括样本量较小及缺乏功能性实验验证。未来需通过基因编辑明确其调控网络，并探索靶向干预策略。

结论

该研究为COPD的精准分型和个体化治疗提供了新型分子靶标，推动COPD管理向"免疫-代谢"多维度评估体系发展。