摘要
溃疡性结肠炎是一种炎症性肠病，其发病与遗传、肠道微生物群、代谢及免疫系统之间的复杂相互作用密切相关。本研究旨在系统评估可能与溃疡性结肠炎易感性相关的多组学因素，并寻找可靠的诊断生物标志物。研究采用双样本孟德尔随机化方法，分析肠道微生物组、循环代谢物、免疫细胞表型与溃疡性结肠炎易感性之间的潜在因果关系。通过整合重要的孟德尔随机化结果与多种转录组数据集，筛选出差异表达的候选基因，随后进一步进行免疫浸润分析、机器学习建模以及外部验证。研究还运用单细胞转录组学和空间转录组学技术确定关键基因在组织微环境中的定位及其可能的细胞类型特异性功能，再通过独立临床组织的qRT-PCR验证以及在THP-1来源的巨噬细胞中通过siRNA敲低IFITM2蛋白来进一步确认。孟德尔随机化分析表明，某些特定的微生物群、鞘磷脂相关代谢物以及免疫细胞表型与溃疡性结肠炎易感性存在潜在的因果关联。综合分析后确定了四个核心特征基因：SAG、WDR48、IFFITM2和SIRPA。随机森林模型展现出0.964的AUC值，表明这四个基因组成的特征组合具有很强的诊断价值。单细胞和空间转录组学分析显示，IFFITM2主要在髓系细胞中表达升高，尤其是中性粒细胞中的IFFITM2。CellChat分析提示可能存在CD4_Tem_IL7R-ANXA1-FPR1-Neutrophil_IFITM2信号通路。qRT-PCR实验也证实了这四个基因的表达趋势，而在THP-1来源的巨噬细胞中敲低IFFITM2蛋白可降低TNF-α、IL-6和IL-1β mRNA的表达水平。这一多组学分析框架为揭示特定微生物群、鞘脂代谢及免疫表型在溃疡性结肠炎发病机制中的作用提供了依据。经过独立qRT-PCR验证以及初步的IFFITM2敲低实验支持的这四个基因特征组合以及中性粒细胞中IFFITM2的功能研究，有望为溃疡性结肠炎的精准诊断及后续机制研究提供理论基础。
图形摘要
通过结合孟德尔随机化分析与转录组学研究，明确了肠道微生物群、循环代谢物及免疫表型与溃疡性结肠炎之间的关联。研究确定了由SAG、WDR48、IFFITM2和SIRPA四个基因组成的诊断特征组合，并对其进行了验证。单细胞和空间转录组学分析则揭示了可能存在以IFFITM2为关键节点的髓系炎症通路，该通路涉及CD4_Tem_IL7R–ANXA1–FPR1–Neutrophil_IFITM2信号传导。
利益冲突声明
作者声明不存在任何利益冲突。
数据可用性说明
本研究使用的所有数据均来自公开数据库，或为本研究过程中生成。关于暴露因素（肠道微生物群、循环代谢物及免疫表型）与溃疡性结肠炎结局（编号：finn-b-K11_ULCER）的全基因组关联研究汇总统计数据，可从整合流行病学单位（IEU）的OpenGWAS数据库获取（https://gwas.mrcieu.ac.uk/）。具体的暴露因素数据集则来源于荷兰微生物组项目（DMP）、加拿大老龄化纵向研究（CLSA）以及SardiNIA队列。顺式eQTL和顺式pQTL数据分别来自eQTLGen联盟和deCODE遗传学数据库。用于构建训练组和验证组的批量转录组数据则从基因表达 Omnibus平台下载，对应的数据集编号分别为GSE38713、GSE42911、GSE87473、GSE92415和GSE87466。单细胞RNA测序数据来自GEO，对应编号为GSE214695和GSE298464，而空间转录组数据则来自GSE189184。用于功能富集分析的基因集取自MSigDB数据库（版本7.0）。用于免疫浸润分析的LM22特征矩阵则是通过CIBERSORT工具生成的。单细胞分析中的细胞注释工作参考了CellMarker 2.0数据库及已发表的相关文献。用于细胞间通讯分析的参考相互作用网络以及先前的蛋白质-蛋白质相互作用信息则来自CellChatDB及配套的CellChat分析框架资源。本研究过程中生成的实验数据，包括qRT-PCR验证结果、原始Ct值、2?ΔΔCt计算数据以及IFFITM2敲低实验数据，均整理在补充信息部分——S1。引物序列和siRNA序列分别见表格S2和S3。本研究中所使用的所有软件、程序包、脚本及算法（包括Perl、sva、TwoSampleMR、LDSC、ieugwasr、coloc、CIBERSORT、Seurat、Harmony、pySCENIC、GSVA和CellChat）均可通过R语言和Python环境或其对应的代码库获取。
