Выявление биомаркеров, связанных с гликозилированием, при хронической обструктивной болезни лёгких и идиопатическом лёгочном фиброзе с использованием интегрированного анализа методом машинного обучения и WGCNA

Цель: Выявить ключевые гены, связанные с гликозилированием (гены-маркеры), и изучить соответствующие молекулярные механизмы при хронической обструктивной болезни лёгких (ХОБЛ) и идиопатическом лёгочном фиброзе (ИЛФ), что позволит получить новые данные для прогностической оценки и диагностики этих заболеваний.

Методы: Профили экспрессии генов были получены из общедоступной базы данных GEO. Гены, связанные с гликозилированием, выявляли на основании общих дифференциально экспрессируемых генов в образцах больных ХОБЛ и здоровых лиц, а также больных ИЛФ и здоровых лиц, генов модулей, определённых с помощью анализа взвешенной сети коэкспрессии генов (WGCNA), и генов гликозилирования из базы данных. Гены-маркеры отбирали с использованием методов машинного обучения, после чего проводили анализ иммунной инфильтрации, функциональный анализ, анализ сетей взаимодействия лекарственных препаратов с генами и сетей транскрипционной регуляции. Для проверки экспрессии генов-маркеров был выполнен валидационный анализ образцов тканей, полученных от пациентов с ХОБЛ и ИЛФ.

Результаты: Всего были выявлены 35 дифференциально экспрессируемых генов, связанных с гликозилированием, общих для ХОБЛ и ИЛФ. С помощью трёх методов машинного обучения были отобраны три гена-маркера: SULF1, ST8SIA1 и FCN3. При ХОБЛ значения площади под ROC-кривой (AUC) для FCN3, ST8SIA1 и SULF1 составили 0,643, 0,722 и 0,719 соответственно; при ИЛФ — 0,955, 0,792 и 0,943 соответственно. Анализ иммунной инфильтрации и анализ обогащения наборов генов (GSEA) показали, что экспрессия генов-маркеров была тесно связана с активированными B-клетками и функциями, ассоциированными с внеклеточным матриксом (ВКМ) (во всех случаях p < 0,05). Бисфенол А и вальпроевая кислота были общими препаратами для всех трёх генов-маркеров. В ходе валидационного анализа было установлено, что экспрессия ST8SIA1 связана с состоянием заболевания (p < 0,001). Функциональные эксперименты показали, что этот ген влияет на пролиферацию, апоптоз, миграцию и инвазию клеток (во всех случаях p < 0,01), а лекарственные препараты могут регулировать его экспрессию и уровень гликозилирования (во всех случаях p < 0,05), что предоставляет важные данные для изучения биомаркеров и патогенеза обоих заболеваний. PPPP

Выводы: SULF1, ST8SIA1 и FCN3 являются общими биомаркерами, связанными с гликозилированием, при ХОБЛ и ИЛФ. Эти гены объединяют процессы фиброза, воспаления и иммунной дисрегуляции и могут служить потенциальными мишенями для диагностики и лечения.