跨物种解析肺泡巨噬细胞在急性肺损伤中的核心基因与通路：整合转录组学揭示保守炎症机制与诊疗新靶点

　　本研究针对急性呼吸窘迫综合征（ARDS）中肺泡巨噬细胞（AMs）转录调控机制不清、物种差异显著及功能验证不足的问题，通过整合LPS刺激的MH-S细胞测序数据与小鼠（GSE225406）、人源（GSE40885）AMs数据集，鉴定出45个保守上调基因（如ACOD1、CLEC4E）和4个下调基因，功能富集分析揭示其显著参与免疫炎症通路（如TNF信号、NOD样受体信号）。蛋白互作网络筛选出STAT1、CCL5、PTGS2等10个核心基因，实验验证表明LPS处理显著抑制AMs的efferocytosis功能且与Stab2表达紊乱相关。核心基因集在临床样本（GSE243066）中显示出诊断潜力（AUC=0.86），为ARDS的机制研究和靶点开发提供了跨物种依据。

　　

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种以肺泡-毛细血管损伤和难治性低氧血症为特征的严重肺部疾病，死亡率高达25%-45%，幸存者常面临长期肺功能障碍。肺泡巨噬细胞（AMs）作为肺部主要驻留免疫细胞，在调节急性肺损伤（ALI）/ARDS过程中的炎症与修复中扮演关键角色。然而，AMs在ALI/ARDS中的转录和功能变化尚不明确，尤其存在小鼠模型与人类病理生理学之间的物种差异问题。既往研究多采用不相匹配的对照组细胞类型（如中性粒细胞和全血细胞）或局限于单一物种模型，限制了其临床转化价值。

为系统解析AMs在ALI/ARDS中的保守调控机制，本研究通过整合LPS刺激的小鼠肺泡巨噬细胞系（MH-S）转录组测序数据、公开小鼠AMs数据集（GSE225406）及人源AMs数据集（GSE40885），结合功能富集分析、蛋白互作网络构建及多源临床数据验证，旨在揭示跨物种保守的核心基因与通路，为ARDS的诊断和治疗提供新见解。

研究主要采用以下技术方法：

1. 1.
   转录组测序：对LPS处理的MH-S细胞进行RNA测序（Illumina HiSeq 2500平台），数据经fastp质控和DESeq2差异分析。
2. 2.
   跨物种数据整合：整合GSE225406（小鼠BALF样本）、GSE40885（人BALF样本）的差异表达基因（DEGs），筛选保守基因。
3. 3.
   功能富集分析：使用DAVID进行GO和KEGG富集分析，揭示免疫炎症通路。
4. 4.
   实验验证：通过qRT-PCR、Western blot、免疫组化和免疫荧光验证关键基因（如ACOD1、TNIP3）；采用共培养模型评估efferocytosis功能。
5. 5.
   临床验证：基于GSE243066（ARDS患者外周血单核细胞数据）进行基因集变异分析（GSVA）和ROC曲线评估诊断效能。

结果

1. RNA sequencing data quality assessment of LPS-stimulated MH-S cells

LPS刺激的MH-S细胞转录组测序产生高质量数据，Q30评分＞88%，GC含量约50%，确保下游分析可靠性。

2. Cross-dataset identification of LPS-Induced differentially expressed genes

主成分分析显示三数据集（MH-S、GSE225406、GSE40885）中LPS组与对照组显著分离。共鉴定45个保守上调基因（如ACOD1、CLEC4E）和4个下调基因，提示这些基因是LPS诱导巨噬细胞激活的核心转录调控因子。

3. Cross-species evolutionary conservation and divergence in LPS-activated pathways of AMs

GO和KEGG分析显示，三数据集共同富集于免疫炎症通路（如“TNF信号”“细胞因子-细胞因子受体相互作用”“NOD样受体信号”）和efferocytosis通路。物种特异性分析揭示人类AMs更侧重病毒防御反应，而小鼠AMs突出细菌应答通路。

4. Core genes identification in the LPS-stimulated AMs PPI network

蛋白互作网络识别出10个核心基因（STAT1、CCL5、PTGS2、HIF1A、CCR5、ISG15、CD38、MX1、IRF7、CLEC4E），这些基因与ALI/ARDS病理过程密切相关，涉及干扰素信号、炎症调控和细胞吞噬等功能模块。

5. Validation of overlapping DEGs by qRT-PCR, Western blotting, immunohistochemical staining, and Immunofluorescence staining

qRT-PCR验证13个上调基因（如ACOD1、OAS2、TNIP3）和1个下调基因（TNS1）的表达趋势；Western blot证实ACOD1和TNIP3蛋白上调；免疫荧光显示LPS处理诱导TNIP3核转位，提示其可能通过核内调控参与炎症反应。

6. LPS treatment reduces efferocytosis capacity in MH-S cells

KEGG富集发现efferocytosis通路显著富集，基因如Stab2、Ptgs2表达异常。实验表明LPS处理使AMs对凋亡细胞的吞噬能力下降85%，且Stab2表达紊乱可能与功能缺陷相关。

7. Integrated analysis of multi-source data reveals cross-species conservation and diagnostic potential of core genes in ARDS

GSE121871（铜绿假单胞菌感染模型）验证4个核心基因（CCL5、PTGS2、HIF1A、CLEC4E）上调；GSE243066（ARDS患者外周血数据）显示7个核心基因（如CLEC4E、IRF7、STAT1）显著高表达。GSVA分析表明核心基因集能区分ARDS与健康对照（AUC=0.86），具临床诊断潜力。

结论与讨论

本研究通过整合跨物种转录组数据，揭示了AMs在ALI/ARDS中的保守炎症模块和物种特异性适应机制。核心基因如ACOD1、TNIP3和CLEC4E可能通过调控炎症信号通路（如NF-κB、干扰素应答）和efferocytosis功能参与疾病进展。实验验证证实LPS处理可损害AMs的吞噬功能，且TNIP3核转位现象提示其新型调控机制。核心基因集在临床样本中展现诊断价值，为开发ARDS的分子标志物和治疗靶点提供了依据。然而，研究仍需在ARDS患者BALF样本中直接验证AMs转录组，并进一步探索核心基因的功能机制。该成果发表于《BMC Pulmonary Medicine》，为理解ARDS病理机制和推动精准医疗提供了重要数据支持。