通过多组学研究和实验验证，发现了与克罗恩病相关的新型泛素化生物标志物

《Frontiers in Immunology》：Novel ubiquitination-related biomarkers for Crohn’s disease identified by multi-omics study and experimental validation

克罗恩病（CD）中泛素化相关基因（URGs）的鉴定及诊断模型构建。通过单细胞和bulk RNA-seq分析，结合hdWGCNA和XGBoost算法筛选出IFITM3、PSMB9、TAP1为核心基因，验证其在炎症微环境中与激活免疫细胞及检查点分子（CD40、CD80、CD274）的关联性，并实验证实其表达水平在CD患者中的显著升高。构建的诊断模型AUC>0.9，为CD诊断提供新策略。

　　
本研究聚焦于克罗恩病（CD）的泛素化相关基因（URGs）鉴定及其诊断模型构建，通过多组学整合分析揭示了UBIs3、PSMB9和TAP1作为核心诊断标志物的潜在价值。研究团队首先系统收集了CD患者与健康对照组的肠道组织样本，包括59例CD结肠标本和22例健康对照，以及47例CD结肠标本和31例健康对照的验证数据集。通过单细胞转录组测序技术（GEO数据库GSE134809），对11组配对的病变与非病变回肠样本进行细胞亚群解构，发现B细胞前体与单核细胞亚群在病变区域显著富集。基于此，研究创新性地采用细胞间通讯网络分析（CellChat）技术，揭示了上皮细胞与基质细胞间存在高频跨膜信号传递，其中基质细胞通过分泌细胞因子激活上皮细胞，形成炎症级联反应。

在泛素化基因筛选方面，研究团队整合了Genecards数据库收录的1349个URGs，结合单细胞转录组数据构建了加权基因共表达网络（hdWGCNA）。通过软阈值优化（k=4）成功划分出三个功能模块（蓝、蓝绿、棕），其中与上皮细胞高度共表达的蓝绿模块包含914个基因。值得注意的是，该模块包含多个已知与免疫调节相关的基因家族，如免疫球蛋白受体结合蛋白（IRBP）和主要组织相容性复合体相关转运蛋白（TAPs）。通过对比分析GSE75214、GSE179285和GSE95095数据库，共筛选出414个差异表达基因（DEGs），其中与URGs的交集基因经XGBoost机器学习模型筛选后，最终确定IFITM3、PSMB9和TAP1作为核心诊断指标。

研究创新性地构建了基于这三个基因的诊断模型，其性能指标显著优于传统方法。ROC曲线分析显示模型AUC值稳定在0.92以上，决策曲线分析（DCA）证实该模型的临床净获益（NBE）达0.83，表明在筛查中具有显著优势。特别值得关注的是，PSMB9作为免疫蛋白酶的β5亚单位，其表达水平与免疫蛋白酶体活性呈正相关，而TAP1作为抗原呈递复合体的重要组成部分，其异常表达可能影响MHC-I分子加工效率。体外实验通过刺激THP-1巨噬细胞分化模型，证实LPS和INF-γ诱导的炎症环境下，这三个基因的mRNA和蛋白表达水平均呈现剂量依赖性上升，其中PSMB9在48小时刺激后表达量达对照组的3.2倍（p<0.0001）。

临床验证部分，免疫组化染色显示TAP1和PSMB9在CD患者肠道病变区的表达强度较对照组提升2.8倍和4.1倍（p<0.001），而IFITM3的表达差异未达统计学显著水平（p=0.12）。这种表型特异性提示PSMB9可能作为更敏感的分子标志物。值得注意的是，转录因子预测分析（ChEA3）显示BATF2和IRF9可能通过NF-κB和干扰素信号通路调控这三个核心基因的表达，这为后续机制研究提供了明确方向。

在讨论部分，研究团队特别指出其发现与现有理论的关联性。例如，PSMB9在免疫蛋白酶体中的功能与其在CD炎症微环境中的高表达相吻合，而TAP1的异常表达可能破坏抗原呈递平衡，导致异常免疫应答。同时，研究揭示了IFITM3作为干扰素信号通路的关键节点，其与CD40、CD80等共刺激分子的正相关性（r=0.76，p<0.001）提示其在调节T细胞活化的潜在作用。这些发现为理解CD的免疫调控机制提供了新的视角。

研究局限性方面，样本量相对较小（n=59+22），且未纳入其他IBD亚型（如溃疡性结肠炎）作为对照。此外，单细胞数据中存在少量批次效应（QC筛选后仍保留85%原始数据），未来需通过多中心队列验证模型的泛化能力。实验设计上，尽管通过体外细胞模型和体内组织活检双重验证，但缺乏动物模型验证，可能影响结论的转化价值。

该研究的重要临床意义在于，所构建的诊断模型在GSE179285和GSE95095验证集中的表现（AUC=0.94，灵敏度92.3%，特异度89.7%）已达到临床实用标准。研究提出的"上皮-基质-免疫细胞"三联通讯网络假说，为开发靶向泛素化通路的新型疗法提供了理论依据。特别是PSMB9作为免疫蛋白酶体亚基，其抑制剂在类风湿关节炎治疗中的成功经验，提示未来可能通过调节PSMB9表达实现CD炎症调控。

最后，研究团队提出的多维度验证策略具有示范意义。通过qPCR检测发现IFITM3在炎症刺激后4小时即出现表达峰值，而PSMB9的半衰期长达12小时，这种时间动态差异可能为分层诊断提供依据。免疫组化定量分析显示，CD患者肠道绒毛顶部PSMB9阳性细胞密度较基底膜区域高2.3倍（p<0.01），提示其可能作为空间特异性诊断指标。这些发现为精准医疗提供了新的分子靶点，同时也为后续研究指明了方向，包括开发基于这些基因的多组学联合检测方案，以及针对泛素化通路的新型生物制剂设计。