揭秘结核杆菌感染中的铁死亡关键基因，为结核病治疗带来新曙光

为探究结核分枝杆菌（Mtb）感染相关铁死亡基因，研究人员经生物信息学分析，确定关键基因，为结核病研究提供依据。

　　结核病，这个由结核分枝杆菌（Mtb）引发的疾病，如同一个隐匿在暗处的 “健康杀手”，持续威胁着全球公共卫生安全。据统计，2022 年约有 20 亿人处于潜伏感染状态，新增病例达 106 万。尽管人们一直在努力对抗它，但结核病发病机制的神秘面纱始终未被完全揭开，这使得预防和治疗工作困难重重。

在这场与结核病的 “战斗” 中，巨噬细胞与 Mtb 之间的相互作用至关重要。Mtb 作为一种胞内病原体，主要藏身于宿主巨噬细胞内。研究发现，Mtb 感染可导致巨噬细胞坏死性死亡，这就像是打开了 “潘多拉魔盒”，为 Mtb 的增殖和传播创造了有利条件，进而引发结核病。

近年来，铁死亡作为一种新型的调节性细胞死亡方式，逐渐走进了科研人员的视野。它的特征是细胞内铁和脂质过氧化积累，进而诱导氧化应激和细胞死亡。越来越多的证据表明，铁死亡在结核病发病机制中扮演着重要角色，它为 Mtb 的复制营造了适宜的微环境。而且，铁死亡与免疫反应之间的关系也引起了科学家们的关注，有研究显示，铁死亡可能会调节炎症反应以及免疫细胞向感染部位的募集。然而，Mtb 感染诱导巨噬细胞铁死亡的具体机制仍迷雾重重。

为了揭开这层神秘的面纱，空军军医大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们通过生物信息学方法，深入挖掘潜在的与 Mtb 感染相关的铁死亡基因，相关研究成果发表在《AMB Express》上。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先，从美国国立生物技术信息中心（NCBI）的基因表达综合数据库（GEO）中获取了三个结核病相关基因表达数据集（GSE174566、GSE227851 和 GSE20050）；接着，利用 GEO2R 工具筛选差异表达基因（DEGs），并通过韦恩（Venn）分析确定共享差异表达基因（sDEGs）；之后，将 sDEGs 与铁死亡数据库（FerrDb）中的基因进行交叉分析，找出铁死亡相关的共享差异表达基因（Ferr-sDEGs）；然后，运用基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析、蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络分析等方法，对关键 Ferr-sDEGs 进行深入研究；最后，通过实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）对关键基因进行验证。

下面来看看具体的研究结果：

1. 数据集验证和差异表达基因的鉴定：研究人员对 GSE174566 和 GSE227851 数据集进行分析，分别鉴定出 2094 个和 3452 个 DEGs。经过 Venn 分析，得到了 546 个 sDEGs。
2. sDEGs 的功能富集分析：GO 和 KEGG 富集分析显示，sDEGs 主要参与细胞因子介导的信号通路、对外部刺激的正调控、白细胞迁移等生物学过程，以及细胞因子 - 细胞因子受体相互作用、TNF 信号通路等。这表明这些基因与机体的免疫反应密切相关，主要参与了由外来细菌引发的炎症反应。
3. Ferr-sDEGs 的鉴定和验证：通过将 sDEGs 与 FerrDb 中的基因交叉分析，研究人员发现了 11 个 Ferr-sDEGs。在 GSE20050 数据集中进一步验证后，最终确定了 9 个关键 Ferr-sDEGs，其中 7 个基因上调，2 个基因下调。
4. 关键 Ferr-sDEGs 的功能富集分析：对这 9 个关键 Ferr-sDEGs 进行 GO 和 KEGG 分析发现，它们主要参与细胞凋亡信号通路的调节、神经炎症反应、脂肪酸生物合成过程等，并且与 IL-17 信号通路、NF-κB 信号通路、TNF 信号通路等密切相关。
5. 关键 Ferr-sDEGs 的蛋白质 - 蛋白质相互作用分析：PPI 网络分析显示，IL1B、PTGS2、SOCS1、TNFAIP3 和 HMOX1 之间关系密切。通过 Cytoscape 软件分析，确定了 7 个枢纽基因。Friends 分析则表明 HMOX1 是最关键的基因。
6. 免疫细胞浸润分析及与关键 Ferr-sDEGs 的相关性：利用 CIBERSORT 算法分析发现，CD8 T 细胞、γδ T 细胞、M0 巨噬细胞等在感染样本中显著增多，而静息记忆 CD4 T 细胞、浆细胞等则减少。相关性分析表明，除 SOCS1 和 PDK4 外，其余 7 个关键 Ferr-sDEGs 与多种免疫细胞呈正相关，与调节性 T 细胞呈负相关。
7. qRT-PCR 验证：qRT-PCR 结果显示，IL1B、PTGS2、TNFAIP3、HMOX1、GCH1、CD82、NUPR1、SOCS1 在 Mtb 感染的巨噬细胞中表达显著升高，只有 PDK4 的表达与未感染对照组无显著差异。

综合上述研究，研究人员成功鉴定并验证了与 Mtb 感染相关的关键铁死亡基因。IL1B、PTGS2、TNFAIP3、HMOX1、GCH1、CD82、NUPR1、SOCS1 和 PDK4 这些基因，在 Mtb 感染诱导的铁死亡过程中发挥着重要作用，并且与免疫细胞浸润密切相关。这一研究成果为深入理解 Mtb 感染诱导铁死亡的发病机制提供了重要线索，也为开发针对结核病的靶向治疗策略奠定了坚实基础。

不过，该研究也存在一定的局限性。研究使用的是公开数据集，可能存在样本选择偏差和混杂变量的影响，导致研究结果的普适性受限。而且，研究未在动物实验或临床环境中进行验证，结果可能无法完全反映生物体复杂的生物学过程。未来的研究可以对公开数据集进行更严格的数据质量检查，或者收集自有数据集来提高数据质量。同时，与拥有动物模型或临床样本的机构合作进行验证研究，以及整合多组学数据，将有助于更全面地了解 Mtb 感染和铁死亡的分子机制。