脊髓损伤中应力颗粒相关潜在生物标志物的鉴定与功能机制研究

《European Journal of Medical Research》：Identification of stress granule-related potential biomarkers in spinal cord injury: an integrated analysis using bulk RNA and single-cell RNA sequencing

摘要

背景

脊髓损伤（SCI）是一种致残性疾病，其分子机制非常复杂。应力颗粒（SGs）已被认为参与细胞应激反应，但其在SCI中的作用仍不清楚。本研究旨在识别与应力颗粒相关的潜在生物标志物，并阐明其在SCI中的功能机制。

方法

从公共数据库中获取了转录组数据、单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据以及与应力颗粒相关的基因（SG-RGs）。通过将差异表达基因（DEGs）与SG-RGs进行交集来识别候选基因，然后对这些候选基因进行功能富集分析。进一步通过蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）和表达水平验证来筛选潜在的生物标志物。将小鼠的生物标志物对应到人类的同源生物标志物上，并探讨了这些潜在生物标志物的亚细胞定位、组织表达及药物作用能力。随后进行scRNA-seq分析以确定关键细胞并研究潜在生物标志物的动态表达情况。最后，通过qRT-PCR、免疫荧光和免疫组化实验来验证这些发现。

结果

共识别出104个候选基因，这些基因在“伤口愈合”、“PI3K-Akt信号通路”和“神经活性配体-受体相互作用”等通路中富集。其中3个潜在生物标志物（Arg1、Mmp3和Plaur）在验证集中被证实具有显著上调表达，在体内实验中也得到了进一步验证。小鼠的潜在生物标志物对应的分别为人类的ARG1、MMP3和PLAUR。这些潜在生物标志物定位在细胞外区域或细胞核中，并表现出组织特异性表达（例如，ARG1在肝脏的右侧叶中）。药物作用预测结果显示ARG1与dequalinium有关。scRNA-seq分析表明单核细胞和内皮细胞是关键细胞，在分化过程中Arg1和Plaur的表达呈现动态变化。qRT-PCR结果显示，Arg1和Plaur的浓度在损伤后7天达到峰值。

结论

本研究确定了ARG1和PLAUR作为SCI的潜在生物标志物，并强调了单核细胞和内皮细胞在SCI病理过程中的关键作用。这些发现为SCI的分子机制、调控网络和治疗靶点提供了新的见解。