通过整合生物信息学分析和机器学习方法，识别抗磷脂综合征和反复流产的共有生物标志物及潜在治疗靶点

《Frontiers in Medicine》：Identification of shared biomarkers and potential therapeutic targets for antiphospholipid syndrome and recurrent miscarriage by integrated bioinformatics analysis and machine learning

　　抗磷脂综合征（APS）与反复流产（RM）的共享分子机制研究通过整合GEO数据库数据，采用WGCNA和LASSO回归筛选出CCR1、MNDA、S100A8、CXCR2四个关键基因，验证其高表达并揭示免疫微环境调控及中性粒细胞胞外陷阱形成等共同机制，为诊断和靶向治疗提供新思路。

　　本研究聚焦于抗磷脂综合征（APS）和复发性流产（RM）之间的潜在关联，旨在揭示这两者在病理生理机制上的共同基因，并进一步评估这些基因的诊断价值和可能的治疗药物。随着医学对女性生殖健康问题的关注日益加深，APS和RM的发病机制成为研究热点。APS是一种与抗磷脂抗体相关的自身免疫性疾病，而RM则是指连续两次或以上的临床确认性妊娠终止，通常发生在妊娠早期。由于这两种疾病都与免疫系统紊乱和凝血功能异常密切相关，其在病理机制上可能存在某些重叠。然而，目前对这些共同机制的理解仍然有限，因此本研究通过整合生物信息学分析和机器学习方法，探索了APS与RM之间的潜在基因关联，并尝试为未来的诊断和治疗提供新的思路。

研究首先从GEO数据库中获取了多个与APS和RM相关的基因表达数据集，包括GSE102215、GSE50395、GSE22490和GSE165004。通过对这些数据进行标准化处理，研究者排除了样本间的批次效应，从而确保了后续分析的准确性。在数据预处理完成后，研究团队通过“limma”软件包对数据进行了差异表达分析，筛选出具有显著表达变化的基因。结果显示，APS和RM各自包含大量差异表达基因（DEGs），但其中也存在一些重叠的基因，这些基因可能在两种疾病的发病机制中扮演重要角色。

为了进一步识别这些重叠基因，研究者采用了加权基因共表达网络分析（WGCNA）方法，构建了基因共表达网络，并通过模块划分和基因-表型相关性分析，确定了与APS和RM相关的关键基因模块。通过将这些模块中的基因与差异表达基因进行交叉分析，研究者最终识别出52个在APS和RM中同时显著表达的共同基因（CGs）。这些基因的功能富集分析显示，它们主要参与了中性粒细胞胞外诱捕（NETs）的形成以及免疫系统的细胞和分子失衡。这一发现表明，NETs的异常激活可能在APS和RM的共同发病机制中发挥重要作用。

接下来，研究团队利用机器学习方法对这些共同基因进行了筛选，最终确定了四个关键基因：CCR1、MNDA、S100A8和CXCR2。通过构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并结合模块分析和相关性评估，这些基因被识别为潜在的生物标志物和治疗靶点。研究还通过受试者工作特征曲线（ROC曲线）分析了这些基因在诊断APS和RM中的价值，结果显示这些基因在训练集和验证集中均表现出较高的诊断准确性，表明它们在早期检测中具有潜在的应用前景。

为了验证这些关键基因的表达情况，研究团队进一步收集了临床样本，并通过免疫组化（IHC）和实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR）技术对这些基因的表达进行了实验验证。结果显示，这些基因在RM和APS患者中均表现出显著的高表达，与生物信息学分析结果一致。此外，免疫浸润分析表明，APS和RM患者体内存在不同的免疫细胞类型变化，例如APS患者中中性粒细胞比例增加，而RM患者中M2型巨噬细胞和自然杀伤（NK）细胞的浸润显著增强。这些发现进一步支持了免疫系统紊乱在APS和RM中的重要性。

进一步的分析还揭示了这些关键基因与免疫细胞之间的复杂关系。例如，在APS中，CCR1与T细胞亚型（如Tregs和CD8+ T细胞）存在显著的正负相关性，而在RM中，CXCR2与Tregs、NK细胞等存在密切联系。这些结果表明，这些基因可能通过调控免疫微环境，影响妊娠过程中的胚胎着床、胎盘功能以及母胎免疫平衡，从而导致流产的发生。此外，通过药物基因相互作用数据库（DGIdb）筛选出的潜在治疗药物，如甲氨蝶呤和氮芥，可能为APS和RM的治疗提供新的方向。然而，这些药物仍需进一步的临床验证，以确保其安全性和有效性。

研究还探讨了这些关键基因在其他疾病中的潜在作用。例如，S100A8和S100A9组成的钙保护素（calprotectin）已被证实与炎症和凝血功能异常密切相关，并可能通过激活中性粒细胞和诱导血小板异常活化，影响妊娠结局。CXCR2作为多种趋化因子的受体，可能在免疫细胞的迁移和炎症反应中发挥重要作用。此外，MNDA在多种实验条件下促进细胞凋亡，并在胚胎干细胞对DNA损伤的反应中起到关键作用，但其在APS和RM中的具体机制仍有待深入研究。

本研究的发现不仅揭示了APS和RM在分子层面的潜在联系，还为未来的研究提供了新的视角。通过整合多个数据集，研究团队能够更全面地分析这些疾病的共同基因和机制。然而，研究也指出了当前方法的局限性，例如样本来源的不一致性可能影响结果的普遍适用性。此外，由于这些基因和药物的发现主要依赖于计算预测，缺乏直接的临床验证，因此需要进一步的实验研究和临床试验来确认其实际应用价值。

总的来说，本研究通过系统性的生物信息学分析和实验验证，揭示了APS和RM之间的潜在基因关联，并提出了这些基因可能在免疫调节和凝血功能异常中的作用。这些发现为理解APS与RM的共同发病机制提供了重要的理论基础，并可能为开发新的诊断工具和治疗策略提供依据。未来的研究可以进一步探索这些基因在不同组织和细胞类型中的表达模式，以及它们在免疫系统中的具体作用机制，从而推动对APS和RM的深入理解，并为临床治疗提供更精准的分子靶点。