《Frontiers in Immunology》：Identification of MMP8, DDX24, RNASE2, and EMB as a novel diagnostic gene panel for sepsis: a transcriptome-based modeling study
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目的：脓毒症是一种具有高死亡率和复杂病理机制的危及生命疾病。早期诊断至关重要，但因缺乏有效生物标志物仍具挑战。本研究旨在识别可区分脓毒症与非脓毒症的特异性诊断标志物，并构建稳健的诊断模型。方法：研究人员分析了本队列（24例健康对照、29例普通感染、51例脓毒症
目的：脓毒症是一种具有高死亡率和复杂病理机制的危及生命疾病。早期诊断至关重要，但因缺乏有效生物标志物仍具挑战。本研究旨在识别可区分脓毒症与非脓毒症的特异性诊断标志物，并构建稳健的诊断模型。方法：研究人员分析了本队列（24例健康对照、29例普通感染、51例脓毒症患者）的PBMC转录组数据，以识别随感染严重程度升高或降低表达的基因。排除低表达基因后，利用多个GEO数据集评估候选标志物，筛选性能最优基因构建基于LASSO回归的诊断模型。通过AUC、BSS、ROC与校准曲线、列线图、DCA及CIC曲线评估模型性能。行GO、KEGG、免疫浸润、GSEA、PPI网络等功能分析探索潜在免疫机制。结果：共识别114个随感染严重程度表达变化的基因。基于诊断效能选出MMP8、DDX24、RNASE2和EMB四个基因。所得模型在本队列与公共数据集表现良好（AUC：0.811–1；BSS：-0.464–0.964）。在GSE69686数据集中，模型对新生儿及儿童脓毒症亦有预测价值（AUC：0.666–0.852；BSS：-1.34–-0.293）。免疫浸润与GSEA揭示这些基因富集于中性粒细胞、单核细胞与T细胞，反映脓毒症关键免疫特征。结论：所识别的四个基因MMP8、DDX24、RNASE2和EMB共同构成一诊断模型，可有效区分脓毒症患者与非脓毒症个体。
研究背景与立项依据：脓毒症是感染诱发宿主反应失调所致的致命临床综合征，全球年发病约3150万、死亡约530万；中国ICU中约1/5患者受累、90天死亡率35.5%，抗生素每延迟1小时死亡率显著上升。Sepsis-3.0将诊断重心由SIRS转向感染伴器官功能障碍，临床依赖降钙素原（PCT）、C反应蛋白（CRP）及血培养，辅以SOFA、qSOFA、NEWS等评分，但器官障碍评分获确认时早期干预窗口已逝，血培养阳性率仅30%–40%且>48小时出结果，PCT与CRP敏感度特异度均不足。现有研究虽从血浆蛋白（Pentraxin-3、MyD88、GLP-1、PD-L1）及PBMC转录组、机器学习切入，仍受限于小样本、黑箱算法与疾病异质性。为此，研究人员前瞻性收集健康对照、普通感染与脓毒症成人PBMC并行转录组测序，试图在“感染→脓毒症”连续谱中筛选随严重程度单调变化的高表达差异基因（DEGs），经多队列交叉验证构建并系统评价诊断模型，同时借免疫浸润与GSEA阐释机制。论文发表于《Frontiers in Immunology》。
主要关键技术方法：研究以本机构前瞻性队列（24健康、29普通感染、51脓毒症成人PBMC RNA-seq）为发现集，公共GEO/GSA数据集GSE65682（训练集）、GSE57065、GSE185263、GSE134347、GSE69686（新生儿）为验证集；DESeq2筛DEGs（adj P<0.05，|log2FC|>1），Jonckheere–Terpstra（JT）趋势检验与Kruskal–Wallis（KW）检验锁定随严重程度单调变化基因，Cliff’s Delta界定判别力；STRING+Cytoscape（Betweenness、MCC）提枢纽基因；跨队列AUC比较定候选；以GSE65682训练LASSO（glmnet，5折交叉验证）建四基因诊断模型并绘列线图；以ROC、Brier Skill Score（BSS）、校准曲线、决策曲线分析（DCA）、临床影响曲线（CIC）评效能；CIBERSORT（LM22）与quanTIseq估免疫浸润，GO/KEGG（Metascape）、GSEA（MSigDB）、PPI（GeneMANIA）析机制。
研究结果：
筛查脓毒症差异表达基因： sepsis vs 健康检出5333 DEGs（高表达1555），sepsis vs 普通感染检出2005 DEGs（高表达434），交集高表达259；经JT+KW+|log2FC|+|Cliff’s Delta|过滤得114个随病势持续变化基因（39个SMH三群均差异，75个SM两 sepsis 比较差异）。
潜在诊断标志物富集分析：114基因GO集中于细菌应答、炎症调控、凋亡正向调控；CC富集于中性粒特异颗粒/三级颗粒；MF含丝氨酸内肽酶、肽酶激活；KEGG共现NOD样受体、IL-17、凋亡通路；SMH额外牵扯阿尔茨海默与鞘脂信号，SM偏向JNK负调与病毒过程，提示SM为“普通感染→脓毒症”分子开关。
诊断模型基因筛选：STRING（阈值0.4）建PPI（134边、平均度2.35），Cytohubba取16枢纽（含TNF、MMP8、DDX24、MMP9等）；跨PBMC RNA-scq、GSE65682、GSE57065算单基因AUC，MMP8、DDX24、EMB、RNASE2在JT显著性、跨组AUC与表达单调趋势上最优，GeneMANIA补20相关基因后GO/KEGG仍锚定TNF与IL-17炎症轴。
脓毒症诊断模型构建与效能：以GSE65682训练LASSO，四基因线性预测器绘列线图；训练集 sepsis vs 健康 AUC 0.996（敏感0.974/特异0.976/BSS 0.803）；本队列同比较AUC 0.997，sepsis vs 普通感染AUC 0.986；GSE57065、GSE185263、GSE134347 AUC 0.961–1，BSS多>0（仅本队列普通感染vs健康-0.464、GSE134347 sepsis vs非感染-0.209除外）；新生儿GSE69686 AUC 0.666–0.852但BSS<0、校准偏离，不宜直接用；对比枢纽基因模型（PGLYRP1+MMP9+CYP1B1+BPI）各项指标均劣。
诊断模型准确性验证：训练集BSS 0.803，成人生证集BSS 0.48–0.964为主，校准曲线贴合45°线；新生儿BSS负、校准差；证明概率预测优于参照。
模型临床效用评估：DCA显示训练集阈值>0.3净获益为正，本队列sepsis vs健康>0.4、vs普通感染0.2–0.9、普通感染vs健康0.4–0.7有净获益；CIC印证各阈值下高危例数判定合理。
CIBERSORT免疫浸润及与诊断基因关联：健康者静息记忆CD4+T、Treg、CD8+T、静息NK占比高；普通感染/脓毒症中性粒显著升、单核先升后降；MMP8、RNASE2、EMB与中性粒/单核正相关，与CD8+T/静息NK/Treg负相关；DDX24反之，与T/NK正相关、与髓系负相关，呈拮抗格局。
诊断标志物GSEA分析：MMP8高表达富集约免疫复合物形成、细胞周期、DNA复制，DDX24低表达富集合同通路呈拮抗；EMB、RNASE2高表达富集病原感染、氧化应激、细胞骨架黏附、髓系签名；四者均涉翻译起始；免疫签名中MMP8/EMB/RNASE2在细菌（大肠杆菌、肺炎链球菌）与病毒（H5N1、RSV）感染及流感疫苗早期应答富集，DDX24一致负富集。
讨论与结论翻译：脓毒症核心为感染下宿主免疫严重失调，高炎与免疫抑制并存；研究借“健康—普通感染—脓毒症”三阶设计排除普通感染应答噪声，得114谱再缩至MMP8、DDX24、EMB、RNASE2四基因。MMP8（中性粒胶原酶）随病势升、与Kong等报道AUC 0.932一致，Lu等敲低降小鼠死亡率示其亦为靶点；DDX24（RNA螺旋酶）随病势降、与T/NK相关，与MMP8拮抗；EMB（免疫球蛋白超家族跨膜糖蛋白）富集约病原感染/氧化应激/黏附且髓系偏倚，与Yang等T细胞高表达报道相左但不悖其“非T发育必需”结论；RNASE2（分泌型单链RNA病毒抗病毒蛋白）AUC诊断支持Chen、Meng等0.91–0.903结果。LASSO模型训练AUC 0.996、BSS 0.803，跨成人验证0.811–1，优于传统枢纽基因模型，证“单基因效≠多变量贡献”。DCA/CIC示临床净获益，但新生儿校准失败限用成人。讨论指出回顾性、样本不均、仅LASSO单算法、缺乏非感染重症外验为限，前瞻多组学、随机森林/SVM比对、动物与机制实验为后续方向。结论：所识别的四个基因MMP8、DDX24、RNASE2和EMB共同构成一诊断模型，可有效区分脓毒症患者与非脓毒症个体。
