SPI1调控的巨噬细胞极化在溃疡性结肠炎中的整合分析：单细胞与微阵列数据揭示关键调控特征

这篇研究通过整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）和微阵列数据，揭示了转录因子SPI1在溃疡性结肠炎（UC）巨噬细胞极化中的核心调控作用。研究结合pySCENIC构建基因调控网络（GRN），并通过WGCNA和机器学习（LASSO/RFE-RF/SVM-RFE）筛选出IRAK3、IL1RN、CD55和PEA15等关键下游靶点。体外实验证实SPI1沉默抑制M1巨噬细胞极化，为UC的分子机制提供了新见解。

　　

单细胞测序揭示UC巨噬细胞组成重塑

通过整合GSE214695和GSE231993两个单细胞数据集，研究发现溃疡性结肠炎（UC）患者肠道组织中巨噬细胞比例显著增加（从2.1%升至3.8%），同时伴随结构性细胞如成纤维细胞（从9.2%降至2.9%）和上皮细胞（从8.3%降至1.6%）的减少。UMAP聚类分析将细胞分为14个亚群，其中免疫细胞在UC组呈现明显扩张趋势。这种细胞组成的变化通过PCA分析得到进一步验证，提示巨噬细胞是区分UC与健康对照组的关键差异细胞类型。

SPI1调控网络的拓扑学特征

利用pySCENIC算法构建的基因调控网络（GRN）中，从401个调控子（regulon）中鉴定出SPI1(+)调控模块具有显著特异性。通过Regulon Specificity Score（RSS）评估发现，SPI1在巨噬细胞中的活性评分显著高于其他细胞类型。伪批量分析显示，SPI1靶基因在UC巨噬细胞中的平均表达水平较对照组上调1.8倍（P<0.01）。GSEA富集分析证实，SPI1调控网络与巨噬细胞激活通路（GOBP macrophage activation）显著相关，提示其在UC炎症微环境中的核心调控地位。

多组学整合鉴定关键靶点

研究团队采用三步策略筛选SPI1下游靶点：首先通过WGCNA在GSE87466和GSE75214数据集中分别鉴定出与UC显著相关的paleturquoise模块（cor=0.67）和green模块（cor=0.58）；随后结合差异表达分析获得272个重叠基因；最终通过三种机器学习算法交叉验证锁定四个核心靶点：

1. 1.

   LASSO回归筛选出11个候选基因，经稳定性选择（PFER<0.7）保留5个

2. 2.

   RFE-RF模型以97.29%准确率确定10个特征基因

3. 3.

   SVM-RFE识别出30基因特征集（准确率98.7%）

   交集分析确定IRAK3、IL1RN、CD55和PEA15为最可靠靶标，其在验证集GSE36807中的AUC值均超过0.80。

体外实验验证调控机制

LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞M1极化模型中，Western blot检测显示SPI1蛋白表达增加2.3倍（P<0.05），同时伴随iNOS上调和Arg1下降。siRNA沉默SPI1后出现矛盾现象：虽然预期抑制M1极化，但实际检测到iNOS进一步升高（+38%，P<0.01）而IL-10分泌减少（-45%，P<0.05）。流式细胞术证实CD86⁺细胞比例在SPI1敲除后增加15%，提示SPI1可能通过负反馈机制调节M1极化过度激活。研究者推测这种"双刃剑"效应可能与不同刺激微环境下SPI1的时空调控差异有关。

靶点分子的病理生理意义

四个关键靶点在UC中呈现协同调控特征：

1. 1.

   IRAK3：通过抑制TLR信号通路限制IL-1β产生，在DSS结肠炎模型中显示保护作用

2. 2.

   IL1RN：作为IL-1受体拮抗剂，可促进巨噬细胞向M2表型转换

3. 3.

   CD55：通过调控C3aR1/C5aR1信号维持补体系统平衡，缺陷小鼠表现更严重结肠炎

4. 4.

   PEA15：通过抑制ERK/RSK2通路减轻氧化应激，与M2巨噬细胞外泌体存在相互作用

   这些靶点在UC患者肠道组织中的表达水平与疾病活动度呈正相关（r>0.6，P<0.001），构成SPI1调控网络的功能执行单元。

研究局限与展望

当前研究存在三个主要局限：临床样本缺乏年龄/性别等关键metadata；体外模型未能完全模拟肠道复杂微环境；靶点调控关系的实验验证不足。未来研究需要在条件性敲除小鼠模型和类器官共培养系统中进一步验证SPI1的时空调控规律，并探索其与肠道菌群的互作机制。临床转化方面，针对SPI1-IRAK3/IL1RN轴的干预策略可能为UC精准治疗提供新靶点。