探秘结核诊断新线索：糖基转移酶相关生物标志物的鉴定与功能解析

《AMB Express》：Identification and functional characterization of glycosyltransferase-related biomarkers for tuberculosis diagnosis

结核病（TB）严重威胁公众健康，现有诊断方法存在不足。研究人员开展了糖基转移酶相关基因（GTRGs）用于 TB 诊断的研究，鉴定出 B4GALT5和 KCNJ2两个潜在生物标志物，为 TB 早期诊断提供了理论基础。

　　结核病（Tuberculosis，TB），这个由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）引发的传染病，如同隐匿在人群中的 “幽灵”，悄无声息地威胁着全球数亿人的健康。据世界卫生组织（WHO）估计，全球约 25% 的人口感染了结核菌，其中部分感染者在早期毫无症状，处于潜伏感染状态（Latent Tuberculosis Infection，LTBI）。一旦这些潜伏感染发展为活动性结核病，患者会出现发热、持续咳嗽、咯血、体重减轻等症状，不仅自身健康受到严重损害，还会成为疾病传播的源头。

传统的结核病诊断方法，如痰液涂片显微镜检查、放射成像和干扰素 -γ（IFN-γ）释放试验等，各有弊端。痰液涂片检查虽然是常用的检测手段，但耗时且效率低下；放射成像对于经济条件差的地区难以普及；而现有的检测技术在准确性和及时性上也不尽人意。因此，开发新的、更准确有效的诊断标志物，成为提高结核病早期诊断率和精准治疗水平的关键。

在这样的背景下，浙江金华广福肿瘤医院检验科的研究人员开展了一项旨在寻找结核病新型诊断标志物的研究。他们聚焦于糖基转移酶相关基因（Glycosyltransferase-related genes，GTRGs），通过一系列实验和分析，鉴定出了两个潜在的生物标志物 ——B4GALT₅和 KCNJ₂。这一研究成果发表在《AMB Express》上，为结核病的早期诊断提供了重要的理论依据。

研究人员在开展研究时，主要运用了以下几种关键技术方法：首先，从基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus，GEO）获取了多个数据集，如 GSE83456、GSE28623、GSE42826 和 GSE19444 等，其中 GSE83456 作为训练集，其他作为验证集。然后，利用 “limma” 软件包进行差异表达分析，筛选出差异表达的 GTRGs。接着，运用加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis，WGCNA）构建基因模块，寻找与结核病临床特征相关性高的模块及其中的枢纽基因。之后，通过单样本基因集富集分析（single-sample Gene Set Enrichment Analysis，ssGSEA）研究免疫细胞浸润情况，利用 CIBERSORT 算法分析免疫细胞比例。此外，还进行单基因富集分析探究基因功能，构建竞争性内源性 RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）网络挖掘基因调控机制。

下面来详细看看研究结果：

• 差异表达 GTRGs 的鉴定与功能分析：研究人员对正常组和结核病组进行差异分析，筛选出 411 个上调基因和 787 个下调基因，与 GTRGs 基因集交集得到 10 个差异表达的 GTRGs（Differentially Expressed GTRGs，DEGTRGs）。除 PTGDS 外，多数 DEGTRGs 呈强正相关。TB 组中，TMEM165、PLOD₂等 9 个基因显著上调，PTGDS 显著下调。GO 富集分析表明这些基因主要参与蛋白质糖基化、大分子糖基化等生物学过程。
• WGCNA 网络构建与关键基因筛选：确定最优软阈值为 3 后构建共表达网络，基因被分为不同模块。其中，绿松石模块与结核病临床特征相关性最高，从该模块中筛选出 191 个枢纽基因。与 DEGTRGs 交集后，得到两个结核病诊断标记基因 KCNJ₂和 B4GALT₅。
• 诊断效能评估与表达模式分析：通过受试者工作特征曲线（Receiver Operating Characteristic，ROC）分析评估特征基因诊断效能。在训练集 GSE83456 中，KCNJ₂的 AUC 值为 0.91，B4GALT₅为 0.866；在多个验证集中，KCNJ₂和 B4GALT₅也表现出较高的诊断准确性，且二者联合预测的 AUC 值更高。同时，在验证集中发现这两个基因在 TB 组均显著高表达。
• 免疫浸润分析：利用 CIBERSORT 算法分析免疫细胞浸润，发现促疾病免疫细胞（如中性粒细胞、M0 巨噬细胞等）在 TB 组浸润较高，而抗疾病免疫细胞（如滤泡辅助性 T 细胞等）在正常样本中浸润较高。ssGSEA 分析进一步验证了这种差异，且 KCNJ₂和 B4GALT₅与大多数促疾病免疫细胞正相关，与抗疾病免疫细胞负相关。
• 单基因功能探索：对 B4GALT₅和 KCNJ₂进行 GO 富集分析，发现二者在核糖体生物发生等多个生物学过程、细胞组分和分子功能方面有富集。单基因 GSEA 富集分析显示，它们的富集分数与核糖体通路呈负相关。
• 分子亚型鉴定与评估：基于 10 个 DEGTRGs 计算糖基转移酶评分，将 TB 患者分为高、低分组。高分组中巨噬细胞 M0 和中性粒细胞浸润水平显著高于低分组，低分组中静息树突状细胞、活化的 CD4 记忆 T 细胞等浸润水平较高。高分组在 APC 共刺激等免疫相关通路的浸润评分也更高。
• ceRNA 网络构建：构建 mRNA-miRNA-lncRNA ceRNA 网络，鉴定出 82 个靶向关键基因的 miRNA 和 65 个调控这些 miRNA 的 lncRNA。如 hsa-miR335-5p 靶向 B4GALT₅，且受 SIGLEC5 等 lncRNA 调控；TMEM78 等 lncRNA 可调控多个 miRNA。

研究结论和讨论部分指出，本研究通过 WGCNA 鉴定出与 GTRGs 相关的两个生物标志物 B4GALT₅和 KCNJ₂，单基因富集分析探索了其生物学功能和通路活动，构建的 ceRNA 网络揭示了潜在的调控机制。这为深入理解结核病的发病和进展机制奠定了理论基础，有助于实现结核病的早期诊断。然而，研究也存在一定局限性，如依赖公共数据集可能存在样本收集和处理差异带来的偏差，基因功能的生物信息学结果还需体内和体外实验进一步验证。但总体而言，该研究成果为结核病诊断领域提供了新的思路和方向，有望推动结核病诊断技术的进一步发展。