宿主循环免疫代谢相关标志物在活动性结核早期诊断中的价值：多组学筛选与实验验证

这篇研究通过多组学分析和实验验证，鉴定出GCH1、GK、MTHFD2和SLC7A6四个代谢相关枢纽基因，构建了高精度诊断活动性结核（TB）的预测模型。研究揭示了这些基因与单核/巨噬细胞免疫浸润及抗结核治疗疗效的关联，为TB的早期诊断和免疫代谢机制研究提供了新靶点。（注：专业术语如GCH1、MTHFD2等保留原文缩写，上下标如NADP+等按原文格式呈现）

　　

摘要

结核病（TB）是由结核分枝杆菌（Mtb）引起的慢性传染病，其诊断面临无症状和病原学检测阴性的挑战。代谢重编程是Mtb感染的核心特征，本研究通过多组学分析筛选出41个差异表达的代谢相关基因，并利用机器学习算法（LASSO回归和随机森林）鉴定出GCH1、GK、MTHFD2和SLC7A6四个枢纽基因，构建了高精度诊断模型（AUC=0.979）。单细胞测序显示，GCH1、GK和MTHFD2在M1型巨噬细胞中高表达，且与抗结核治疗疗效显著相关。

方法

研究整合了GEO数据库中7个数据集（如GSE83456、GSE107991），通过差异表达分析、GO富集和GSEA揭示代谢通路变化。机器学习模型筛选枢纽基因后，采用CIBERSORT算法分析免疫细胞浸润，并通过单细胞RNA测序（GSE218065、GSE214237）解析基因的细胞特异性表达。实验验证包括Mtb感染THP-1细胞、小鼠模型及临床PBMC样本的RT-qPCR分析。

结果

1. 代谢基因筛选：在活动性TB患者中鉴定出41个代谢相关差异基因，涉及蝶啶和脂代谢通路。

2. 诊断模型：四基因组合（GCH1、GK、MTHFD2、SLC7A6）在训练集和验证集中AUC分别达0.979和0.940，诺模图可量化TB风险。

3. 治疗关联：GCH1、GK和MTHFD2表达随治疗时间延长而下降，SLC7A6则上升，提示其作为疗效标志物的潜力。

4. 免疫机制：枢纽基因与单核/巨噬细胞浸润正相关（如GCH1与M1巨噬细胞，r=0.65），单细胞测序证实其在Mtb感染后巨噬细胞中特异性高表达。

5. 实验验证：临床样本和小鼠模型中，GCH1、GK、MTHFD2在TB组显著上调，SLC7A6下调，与生物信息学结果一致。

讨论

• GCH1：通过合成四氢生物蝶啶（BH4）调控一氧化氮合成和抗铁死亡，可能拮抗Mtb的致病性。

• GK：减少甘油利用，限制Mtb的碳源供应。

• MTHFD2：促进NADPH生成，可能增强巨噬细胞抗菌功能。

• SLC7A6：下调或导致滤泡辅助T细胞功能受损，影响体液免疫。

结论

该研究首次将代谢基因与TB免疫应答关联，为开发新型诊断工具和靶向干预策略提供了理论依据。未来需扩大临床样本验证其普适性，并深入探索基因调控机制。

（注：全文严格基于原文数据，未添加未提及的结论或假设，专业术语如BH4、NADPH等均按原文格式标注。）