缺血性脑卒中的线粒体相关生物标志物研究：开启精准诊疗新篇

为解决缺血性脑卒中（IS）相关线粒体生物标志物未明确及靶向治疗缺乏的问题，研究筛选出 TST、SQOR 和 NRDC 为诊断标志物，意义重大。

　　缺血性脑卒中（Ischemic Stroke，IS）是全球范围内常见的致死病因之一，具有高发病率、高致残率和高死亡率的特点。随着全球人口老龄化加剧，其患者数量不断攀升，给医疗系统带来沉重负担。目前，静脉注射重组组织型纤溶酶原激活剂（tPA）是 IS 的一线治疗方法，但受时间窗、禁忌证和出血转化风险等因素限制，仅少数患者适用，多数患者需寻求其他替代疗法。此外，即使溶栓成功，恢复缺血区血流也可能加重脑损伤。因此，寻找新的治疗靶点和方法迫在眉睫。

线粒体作为细胞呼吸和能量代谢的关键场所，在 IS 的发生发展中扮演着重要角色。线粒体功能障碍与能量代谢紊乱、氧化应激、炎症反应及细胞死亡密切相关。然而，目前线粒体相关的 IS 生物标志物尚未明确，靶向治疗更是缺乏。为填补这一空白，河北中医学院的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，从 Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取 IS 患者和健康对照的转录组数据，包括 GSE16561、GSE58294 和 GSE22255 数据集。利用 R 语言进行数据处理和差异基因分析，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选核心模块基因。借助多种数据库和软件，如 MitoCarta3.0、TISIDB、limma、clusterProfiler 等，进行基因功能富集分析、免疫浸润分析及生物标志物筛选建模。同时，构建动物模型，运用透射电子显微镜（TEM）、生化试剂盒、酶联免疫吸附测定（ELISA）等实验技术验证相关指标。

在研究结果方面：

1. IS 和线粒体相关基因（MRGs）的鉴定：合并并标准化 GSE16561 和 GSE58294 数据集，经主成分分析（PCA）发现 IS 组和对照组存在明显差异。分析得到 2857 个差异表达基因，WGCNA 筛选出与 IS 高度相关的模块，最终确定 38 个线粒体相关 IS 基因。
2. MRGs 的功能富集分析：对这 38 个基因进行 GO 和 KEGG 富集分析，发现它们主要参与酰基辅酶 A 代谢、吡啶磷酸醛结合等生物功能，影响 NADH 脱氢酶和硫酯水解酶活性，参与细胞呼吸和硫化合物代谢等过程，且与鞘脂信号通路、PPAR 信号通路密切相关。
3. 诊断基因筛选和验证：通过对 38 个 MRGs 的相关性分析，利用最小绝对收缩选择算子（LASSO）和逻辑回归分析，确定 TST、SQOR 和 NRDC 为诊断基因。构建的联合诊断模型在测试集 Merge 和验证集 GSE22255 中表现良好，AUC 分别达到 91.897 和 81.250。
4. 三个诊断基因的 GSEA 分析：对 TST、SQOR 和 NRDC 进行基因集富集分析（GSEA），发现它们不仅与线粒体功能相关，还与免疫相关通路和生物过程密切相关，如趋化因子信号通路、免疫细胞激活等。
5. 免疫浸润和免疫相关因素分析：通过 CIBERSORT 算法评估免疫细胞浸润，发现 IS 组和对照组的免疫细胞比例存在差异。TST、SQOR 和 NRDC 与多种免疫细胞及免疫相关因子存在相关性。
6. 潜在调控机制和药物预测、分子对接：构建蛋白共表达网络，预测转录因子和 miRNA，发现多个转录因子和 miRNA 参与调控 TST、SQOR 和 NRDC。基于 cMAP 数据库预测出 5 种潜在小分子药物，分子对接显示 W.13 与这三个诊断基因的结合能最佳。
7. 模型构建和评估：成功构建大脑中动脉闭塞再灌注（MCAO/R）大鼠模型，评估其神经功能。TEM 观察发现 MCAO/R 大鼠脑微血管内皮细胞（BMECs）线粒体损伤，MDA 水平升高，SOD 水平降低，TST 和 SQOR 水平升高，NRDC 水平降低。

研究结论表明，TST、SQOR 和 NRDC 可作为 IS 的关键线粒体相关生物标志物，构建的诊断模型具有良好的诊断效能。这三个基因与免疫功能密切相关，为深入理解 IS 的发病机制提供了新视角。同时，预测的潜在小分子药物为 IS 的治疗提供了新方向。然而，该研究也存在一定局限性，如样本量较小、数据为二次挖掘分析等。未来需扩大样本队列，开展更多实验和临床研究加以验证。总体而言，这项研究为 IS 的诊断和治疗提供了重要理论依据和潜在靶点，推动了该领域的发展。