揭秘特发性肺纤维化（IPF）：泛素化相关基因 CDC20 和 ITCH 的关键作用与潜在治疗新靶点

《Hereditas》：Identification and validation of CDC20 and ITCH as ubiquitination related biomarker in idiopathic pulmonary fibrosis

为探究特发性肺纤维化（IPF）与泛素化的关系，天津医科大学总医院研究人员分析基因微阵列数据集，开展 IPF 泛素化相关基因研究。结果发现 53 个相关基因，CDC20 和 ITCH 或影响 IPF 发展，为 IPF 诊疗提供潜在靶点。

　　在肺部疾病的神秘领域中，特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）宛如一座难以攻克的堡垒。这是一种慢性间质性肺疾病，其特征为肺部远端组织因细胞组成变化而出现异常纤维化和重塑 。尽管医学界对其进行了诸多研究，但 IPF 的病因依旧扑朔迷离，肺泡上皮细胞损伤、肌成纤维细胞激活以及细胞外基质沉积等被认为是重要的危险因素。目前的治疗药物，如抗纤维化药物吡非尼酮和尼达尼布，也无法有效阻止疾病的进展。面对这样的困境，深入探索 IPF 的病理过程迫在眉睫。

泛素化作为蛋白质的一种翻译后修饰，在多种疾病中发挥着关键作用，它涉及至少三种酶：泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3） 。在肿瘤、神经退行性疾病等领域，泛素化相关基因和蛋白已成为临床药物开发的重要靶点。然而，IPF 与泛素化之间的关系却鲜有人研究。为了填补这一空白，天津医科大学总医院的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Hereditas》上。

研究人员为了探究 IPF 相关的泛素化基因，采用了一系列关键技术方法。他们从分子签名数据库获取了 742 个泛素化相关基因，并从基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus，GEO）下载了包含 17 名 IPF 患者和 6 名正常肺组织样本的基因表达数据集 GSE24206。运用 R 软件进行主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和差异表达分析，通过维恩图筛选出差异表达的泛素化相关基因。此外，利用基因本体论（Gene Ontology，GO）、京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）、蛋白质 - 蛋白质相互作用（Protein-Protein Interactions，PPI）和基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA）等方法对这些基因进行深入分析。最后，通过 qPCR 和 western blot 实验验证关键基因在 IPF 患者和细胞中的表达。

研究结果如下：

1. 差异表达基因的鉴定：通过 PCA 分析，发现 IPF 组和正常组之间存在差异。进一步分析 17 例 IPF 肺样本和 6 例正常肺样本，共鉴定出 1734 个差异表达基因，其中 1140 个上调，594 个下调 。
2. 泛素化相关基因的确定：经维恩图分析，确定了 53 个 IPF 相关的泛素化基因，其中 36 个上调，17 个下调。
3. 功能富集分析：GO 和 KEGG 富集分析显示，这些泛素化相关基因主要参与蛋白酶体介导的泛素依赖性蛋白质分解代谢过程、蛋白质泛素化调节、翻译后蛋白质修饰调节，以及泛素介导的蛋白水解、细胞周期和 TNF 信号通路等 。
4. PPI 网络构建与关键基因确定：PPI 网络分析表明，这些泛素化相关基因相互作用，将相互作用数大于 15 的基因定义为关键基因。共确定了 16 个关键基因，并通过箱线图展示了它们的表达情况 。
5. 关键基因的深入分析：对关键基因进行相关性分析和转录因子预测，构建了转录因子 - 基因调控网络。单基因 GSEA 分析发现，这些关键基因参与上皮间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT）、炎症反应、缺氧和细胞凋亡等过程 。
6. CDC20 和 ITCH 的验证：选择 CDC20 和 ITCH 进行实验验证，qPCR 和 western blot 实验结果表明，CDC20 在 IPF 患者和细胞中高表达，而 ITCH 低表达，与生物信息学分析结果一致 。

研究结论和讨论部分指出，该研究通过生物信息学分析鉴定出 53 个 IPF 潜在的泛素化相关基因，其中关键基因 CDC20 和 ITCH 等可能通过上皮间质转化和炎症反应影响 IPF 的发展。这一发现为深入理解 IPF 的纤维化机制提供了新视角，也为 IPF 的诊断和治疗提供了潜在的靶点。不过，研究也存在一定局限性，如未对泛素化相关基因的功能富集分析进行实验验证，临床样本数量不够大等。未来研究可针对这些不足进一步探索，有望为 IPF 的治疗带来新的突破，让我们在攻克 IPF 这一难题的道路上迈出更坚实的步伐。