《Autoimmunity》：The shared mechanisms and potential diagnostic markers for IgA nephropathy and celiac disease
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本綜述通過整合轉錄組學、單細胞測序與機器學習算法，系統揭示了自身免疫性疾病IgA腎病（IgAN）與乳糜瀉（CeD）共患的分子基礎。研究發現三個關鍵免疫相關基因（ITGB2、CD74、KLK1）在兩種疾病中呈現一致的差異表達模式，并表現出強大的診斷效能（AUC>0.9）。這些基因與免疫細胞浸潤（如M1型巨噬細胞）及腎功能指標顯著相關，為理解IgA腎病與乳糜瀉的共病機制、開發潛在診斷標志物及多靶點治療策略（如預測藥物QL-X-138）提供了新的見解。
背景
IgA腎病（IgAN）是全球最常見的原發性腎小球腎炎，是導致慢性腎臟病（CKD）和終末期腎病（ESKD）的主要原因。乳糜瀉（CeD）是一種由麩質不耐受引發的、遺傳易感的小腸自身免疫性疾病。流行病學研究顯示，乳糜瀉患者發生IgA腎病的風險顯著增加，且二者都與特定的HLA基因型（如HLA-DQA1和HLA-DQB1）相關，提示存在共同的遺傳易感性和免疫致病機制。然而，這兩種疾病共病的具體分子機制尚不完全清楚。
方法
研究設計了一條綜合的生物信息學分析流程。研究從GEO數據庫獲取了IgA腎病（GSE93798）和乳糜瀉（GSE112102）的基因表達數據集作為訓練隊列，并納入了四個獨立數據集（GSE35489、GSE141295、GSE164883、GSE146190）進行驗證，同時利用單細胞RNA測序數據集（GSE171314）進行下游分析。分析步驟包括：差異表達基因（DEGs）鑒定、加權基因共表達網絡分析（WGCNA）、功能富集分析、免疫相關基因篩選。隨后，運用三種機器學習算法——隨機森林（RF）、支持向量機-遞歸特征消除（SVM-RFE）和最小絕對收縮與選擇算子（LASSO）回歸——來篩選核心樞紐基因。對篩選出的基因進行了診斷性能評估（ROC曲線分析）、單細胞表達驗證、免疫組織化學驗證、臨床相關性分析、免疫浸潤分析、治療藥物預測以及轉錄因子-微小RNA-信使RNA（TF–miRNA–mRNA）調控網絡構建。
結果
1. 共享差異表達基因的鑒定與功能富集
通過分析，在IgA腎病和乳糜瀉數據集中分別鑒定出6230個和4535個差異表達基因。兩者交集得到539個共享差異表達基因，包括259個上調基因和280個下調基因。功能富集分析表明，這些共享基因顯著富集于免疫相關通路，如吞噬體、壞死性凋亡、細胞衰老以及抗原處理和呈遞，提示免疫失調是兩種疾病共有的核心機制。
2. 通過WGCNA和機器學習識別共享免疫樞紐基因
對兩個數據集進行WGCNA分析，分別識別出與疾病狀態強相關的基因模塊。將疾病相關模塊基因、差異表達基因與免疫相關基因數據庫取交集，初步得到19個共享的免疫相關基因。
進一步應用三種機器學習算法進行篩選，最終確定了四個候選樞紐基因：ITGB2、CD74、KLK1和OAS2。
3. 樞紐基因的驗證與診斷價值評估
在獨立驗證數據集中，ITGB2和CD74在兩種疾病中均一致上調，而KLK1則一致下調。OAS2在驗證數據集中未顯示穩定差異，因此被排除。ROC曲線分析顯示，ITGB2、CD74和KLK1在訓練集和驗證集中對IgA腎病和乳糜瀉均表現出強大的診斷潛力，單個基因的曲線下面積（AUC）值均大于0.7。
更重要的是，將這三個基因整合構建的多標志物診斷模型，其AUC值在多個數據集中均超過了0.9，顯示出卓越的聯合診斷效能。
4. 單細胞轉錄組學與免疫組化驗證
利用單細胞RNA測序數據（GSE171314）分析發現，ITGB2和CD74主要在巨噬細胞中高表達，而KLK1在單核細胞和系膜細胞中表達降低。免疫組織化學染色結果直觀地證實了在IgA腎病患者腎組織中，ITGB2和CD74蛋白表達顯著上調，而KLK1蛋白表達下調。
5. 臨床相關性分析
通過Nephroseq數據庫進行的臨床關聯分析顯示，在IgA腎病患者中，ITGB2和CD74的表達水平與血清肌酐（反映腎功能損傷的指標）呈正相關，與腎小球濾過率（GFR）呈負相關；而KLK1的表達則與血清肌酐負相關，與GFR正相關。這表明這三個樞紐基因的表達變化與腎臟損傷的嚴重程度密切相關。
6. 免疫細胞浸潤分析
使用CIBERSORT算法分析免疫細胞浸潤發現，在IgA腎病和乳糜瀉樣本中，M1型巨噬細胞等促炎免疫細胞亞群的比例顯著升高。相關性分析進一步揭示，ITGB2和CD74與活化的自然殺傷（NK）細胞、M1型巨噬細胞等呈正相關，而KLK1與這些細胞呈負相關。這提示這些基因可能通過調節特定免疫細胞（尤其是巨噬細胞）的浸潤，在兩種疾病的免疫病理過程中扮演關鍵角色。
7. 藥物預測與分子對接
基于連接圖譜（CMap）數據庫和Enrichr平臺，研究預測了可能逆轉疾病基因表達模式的小分子化合物。最終篩選出四種有潛力的候選藥物：QL-X-138、吐根酚堿（Cephaeline）、進口唑（Importazole）和雷公藤紅素（Celastrol）。分子對接模擬顯示，尤其是QL-X-138與三個樞紐基因的靶蛋白（ITGB2、CD74、KLK1）均顯示出良好的結合親和力（結合能<-5 kcal/mol），提示其可能作為多靶點干預的潛在先導化合物。
8. 調控網絡構建
通過NetworkAnalyst平臺構建了轉錄因子（TF）–微小RNA（miRNA）–信使RNA（mRNA）調控網絡，涉及3個樞紐基因、122個miRNA和18個轉錄因子。分析發現轉錄因子FOXL1和USF2可能在此網絡中居于核心調控地位。
討論
本研究首次聚焦于IgA腎病與乳糜瀉的共病機制。三個核心樞紐基因——ITGB2（整合素β2）、CD74和KLK1（組織激肽釋放酶1）——均深度參與免疫調節和炎癥反應。ITGB2作為重要的黏附分子，促進白細胞遷移，其表達上調與腎損傷嚴重程度正相關。CD74是主要組織相容性復合體II類（MHC II）的恒定鏈，也是巨噬細胞移動抑制因子（MIF）的受體，在多種腎臟和腸道炎癥疾病中上調。KLK1則是一種具有血管保護、抗炎和抗纖維化作用的絲氨酸蛋白酶，其表達下調可能削弱組織保護機制，加劇疾病進展。研究發現這些基因與M1型巨噬細胞浸潤密切相關，提示巨噬細胞介導的免疫反應是連接腸道（乳糜瀉）和腎臟（IgA腎病）病理過程的重要橋梁，即所謂的“腸-腎軸”機制。預測的候選藥物為多靶點治療提供了新思路。然而，本研究也存在局限性，如缺乏大規模臨床隊列和動物模型驗證、乳糜瀉的單細胞和組織學驗證數據不足等，這些樞紐基因在疾病發生中的確切因果作用和分子機制仍有待未來實驗研究闡明。
結論
研究鑒定出的樞紐基因ITGB2、CD74和KLK1可能是驅動IgA腎病與乳糜瀉發生發展的關鍵分子，具有作為診斷生物標志物和潛在治療靶點的價值。這些基因通過調節免疫細胞（尤其是巨噬細胞）浸潤，共同參與了兩者共享的免疫失調通路。該研究為理解這兩種自身免疫性疾病的共病機制提供了新的分子見解，并為未來的機理探索和療法開發奠定了基礎。
