溃疡性结肠炎中铁死亡的分子机制：来自机器学习、WGCNA和免疫细胞浸润分析的见解

背景：本研究旨在探讨溃疡性结肠炎（UC）中与铁死亡相关的生物标志物及其潜在的分子基础。方法：从基因表达综合（GEO）数据库中获取UC数据集（GSE87466和GSE47908）合并作为训练集，并去除批次效应。筛选铁死亡相关差异表达基因（DE-FRGs）以构建UC的诊断风险模型。然后使用机器学习（lasso回归和SVM-RFE）、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和PPI获得候选核心基因。在鉴定共同的DE-FRGs后，进行功能富集分析、GSEA和GSVA功能富集分析以及免疫细胞浸润以探索UC的发病机制。此外，核心基因表达与铁死亡标志物（GPX4和ACSL4）的相关性在外部验证（GSE92415）和体外实验中得到验证。最后，我们采用人肠上皮Caco-2细胞通过LPS（1 μg/ml）处理24小时建立体外炎症模型。该模型用于验证铁死亡相关必需基因（ACSL4和GPX4）的表达水平与促炎细胞因子（TNF-α、IL-6和IL-1β）之间的相关性。此外，为了确认铁死亡的参与，Caco-2细胞与RSL3（铁死亡诱导剂）或Ferrostatin-1（Fer-1，抑制剂）共同处理，然后测量GSH、MDA作为脂质过氧化指标以及细胞铁负荷。通过透射电子显微镜（TEM）评估线粒体超微结构以检测铁死亡相关的形态学变化。结果：经过进一步验证，MFN2和CBS被确定为核心基因。功能评估、基因集富集分析和免疫浸润特征鉴定显示核心基因与巨噬细胞、静息肥大细胞和滤泡辅助性T细胞水平显著相关。在体外，我们观察到LPS/RSL3处理明显激活了Caco-2细胞的铁死亡，表现为关键铁死亡相关基因表达的改变（GPX4、CBS和MFN2下调；ACSL4上调）以及铁死亡替代标志物的水平（MDA和铁水平升高，GSH降低）。此外，LPS诱导的Caco-2细胞铁死亡可被Fer-1逆转。结论：MFN2和CBS可能代表潜在的治疗靶点，并可作为UC免疫调节的生物标志物，值得进一步研究。