《International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease》：Bioinformatics Screening and Preliminary Experimental Verification of Integrated Stress Response-Associated MYC and BAG3 in Chronic Obstructive Pulmonary Disease
编辑推荐：
背景：慢性阻塞性肺疾病（COPD）具有高发病率与高死亡率，整合应激反应（ISR）参与其进展。传统COPD诊断主要依赖GOLD标准，基于ISR的辅助分子标志物仍匮乏。本研究旨在全面分析并识别COPD中ISR相关生物标志物，揭示其潜在分子机制。方法：研究人员从GE
背景：慢性阻塞性肺疾病（COPD）具有高发病率与高死亡率，整合应激反应（ISR）参与其进展。传统COPD诊断主要依赖GOLD标准，基于ISR的辅助分子标志物仍匮乏。本研究旨在全面分析并识别COPD中ISR相关生物标志物，揭示其潜在分子机制。方法：研究人员从GEO数据库获取COPD数据，通过差异表达分析、机器学习算法、表达水平验证及受试者工作特征（ROC）曲线分析识别并验证生物标志物；应用列线图构建ISR相关COPD预测模型；行富集分析、免疫浸润分析、分子调控网络与药物预测进一步确认生物标志物调控作用；利用数据集GSE173896分析核心细胞中生物标志物表达模式；采用Western blotting检测临床样本生物标志物蛋白表达水平。结果：共识别MYC与BAG3两个与ISR显著相关的生物标志物，基于二者构建的预测列线图诊断性能优良，曲线下面积（AUC）达0.799；生物标志物显著富集于MAPK信号通路与细胞周期，与效应记忆CD4 T细胞及嗜酸性粒细胞呈正相关；关联36个microRNA（如hsa-miR-4699-3p）、260个转录因子（如SNAI2、ZBTB43、ZNF395）及9种药物（如staurosporine、N-乙酰-L-半胱氨酸）；T细胞分化中MYC与BAG3表达发生显著变化；临床样本中MYC与BAG3在COPD组织中显著上调，蛋白水平分别升高58.4%与252.2%。结论：本研究识别并初步验证ISR相关MYC与BAG3，为补充常规COPD临床评估提供新分子参考。
研究背景与立项依据
慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种以不可逆气流受限与持续慢性炎症为特征的进行性呼吸疾病，目前居全球死亡原因第三位。其发病机制涉及氧化应激、蛋白酶-抗蛋白酶失衡及细胞衰老等多因素交互，现有治疗如支气管舒张剂与吸入糖皮质激素仅能缓解症状，无法逆转肺功能下降，传统GOLD分期缺乏有效分子辅助指标。整合应激反应（ISR）作为进化保守的信号网络，通过磷酸化eIF2α抑制全局蛋白翻译并选择性激活应激基因，在COPD肺组织中呈明显活化，驱动肺泡上皮凋亡与气道重塑，故ISR相关基因（ISRGs）有望成为COPD进展的核心驱动分子。研究人员据此开展本研究，意在弥补单一应激亚型研究的不足，从完整ISR轴中筛选核心功能基因，为COPD精准诊断与靶向干预提供线索。论文发表于《International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease》。
主要关键技术方法
研究人员以GEO数据库队列为基础：训练集GSE103174（14例非吸烟COPD肺组织与10例非吸烟对照）、验证集GSE106986（8例COPD与5例对照）、单细胞集GSE173896（5例COPD与3例正常对照），另收集2025年11—12月陆军军医大学第二附属医院6对COPD与6对对照支气管镜肺活检组织作Western blotting验证。方法上依次采用limma包差异表达分析、LASSO回归与SVM-RFE两种机器学习交集筛特征基因、pROC包ROC与rms包列线图诊断建模、clusterProfiler行GO/KEGG与GSEA富集、ssGSEA评估28类免疫细胞浸润、miRWalk/ChEA3/DSigDB构建miRNA-转录因子（TF）-药物调控网、Seurat处理单细胞并注释细胞、SCENIC评TF活性、CellChat析细胞通讯、monocle3拟时间分析，最后以Western blotting检MYC、BAG3及GAPDH蛋白。
研究结果
功能评价：在GSE103174中获303个bulk-DEGs（127上/176下），GO富集于细胞因子活性等，KEGG富集于JAK-STAT、NF-κB、IL-17、TNF信号；303个bulk-DEGs与534个ISRGs取交得11个DE-ISRRGs（MYC、PTGS2、BAG3、CREBZF、PDK1、TAOK2、KCNMB1、BATF、DERL3、GSTA1、STOX1），Metascape显示其富集于细胞缺氧应答、未折叠蛋白应答等，STRING-PPI中MYC、GSTA1、PDK1、PTGS2、BAG3互作最广。
生物标志物识别：LASSO与SVM-RFE交集得10个特征基因，其中MYC与BAG3在两数据集均显著上调（p<0.05），ROC的AUC分别为0.821/0.757（MYC）与0.85/0.925（BAG3），均>0.7。
列线图建立：基于MYC与BAG3建列线图，Hosmer-Lemeshow检验p=0.335，校准曲线贴合理想线，AUC=0.799，提示优良诊断参考值。
生物机制：GSEA示MYC富集32条、BAG3富集31条KEGG通路，共同富集于细胞因子-受体互作、补体与凝血级联、造血细胞谱系、MAPK信号通路、细胞周期、肠IgA免疫网络（p<0.05）。
免疫微环境：ssGSEA示COPD中效应记忆CD4 T细胞与嗜酸性粒细胞显著上调；MYC与嗜酸性粒细胞cor=0.70（p<0.001）、与效应记忆CD4 T细胞cor=0.55（p<0.01），BAG3与嗜酸性粒细胞cor=0.50（p<0.05）。
调控网络：miRWalk预测靶MYC的miRNA 24个（含hsa-miR-4699-3p）、靶BAG3的12个（含hsa-miR-129-2-3p）；ChEA3得260个TF（SNAI2、ZBTB43、ZNF395同调两基因）；DSigDB示staurosporine、capsaicin、actinomycin、N-乙酰-L-半胱氨酸、deoxynivalenol等9药同靶两基因。
单细胞聚类：GSE173896质控后12118细胞分7类（B细胞、内皮、上皮、巨噬、单核、NK、T细胞），MYC与BAG3在内皮、上皮、T细胞高表达且组间差异显著（p<0.05），选T细胞为核心细胞。
T细胞特征：T细胞G2/M期增多，分6亚群（CD4_Treg、CD4? T、CD8_TEX、CD8_TRM、MAIT、naive），167个scRNA-DEGs富集于蛋白折叠伴侣、未折叠蛋白应答、MAPK、Th1/Th2/Th17分化；SCENIC示ATF3、CEBPB、BHLHE40、JUN等TF活跃；CellChat示T细胞与巨噬/单核通讯最强，主要经MIF-(CD74+CXCR4)、MIF-(CD74+CD44)、ANXA1-FPR1轴；monocle3拟时间中MYC线性下降、BAG3呈先降后升再降。
临床蛋白验证：Western blotting示COPD肺组织MYC蛋白升58.4%（p<0.05）、BAG3升252.2%（p<0.0001），与测序一致。
讨论部分总结
研究人员指出既往生物信息学多聚焦氧化、内质网或炎症单一应激，本研究覆盖完整ISR轴以补局限。MYC作为原癌转录因子促细胞周期进展，BAG3作为HSP70辅伴侣介导选择性自噬抗凋亡，二者构成“增殖-自噬”协同轴；GSEA共富集MAPK与细胞周期，配合JAK-STAT/NF-κB/IL-17/p53网络解释慢性炎症与氧化损伤。免疫上效应记忆CD4 T细胞与嗜酸性粒细胞上调且正相关于两标志物，ISR由此重编程免疫微环境。调控网中hsa-miR-4699-3p稳HIF-1α促M1极化，SNAI2驱EMT，ZNF395联缺氧-抗病毒失调，ZBTB43抑NRF2，staurosporine衍PKC412抑Th17等均具干预启示。T细胞内HIF-1α-MYC轴促糖酵解与耗竭，p38 MAPK调RORγt/T-bet。作者自陈局限：样本量小、机器学习过拟合风险、仅WB初验缺qPCR/IHC/功能实验、单细包覆部分亚群、未校正年龄性别协变量。
结论翻译
通过整合大规模转录组与单细胞数据集，研究人员系统识别MYC与BAG3为COPD中ISR的潜在生物标志物，并阐明二者经协同调控JAK-STAT、NF-κB、IL-17、p53及MAPK通路，编排氧化应激放大、炎症信号失调与免疫微环境重塑。本探索性研究为深入解析COPD中ISR机制提供新机制见解与初步候选分子线索，为后续确证实验与临床验证研究奠定理论基础。
