Молекулярные механизмы, связывающие воздействие хлорида кадмия с анкилозирующим спондилитом: интегративное исследование на основе сетевого анализа

Хроническое воздействие хлорида кадмия (ХК) связано с различными токсическими эффектами, однако его потенциальная роль в патогенезе анкилозирующего спондилита (АС) остаётся неясной. В настоящем исследовании с помощью методов сетевой токсикологии были вычислительно изучены потенциальные молекулярные механизмы, связывающие воздействие ХК с АС. Дифференциально экспрессируемые гены (DEG), ассоциированные с АС, выявляли по данным набора GSE73754. Потенциальные мишени токсического действия ХК извлекали из базы данных Comparative Toxicogenomics Database (CTD). Пересекающиеся гены подвергали функциональному обогащению, построению сети взаимодействий между белками и выявлению ключевых мишеней с использованием нескольких алгоритмов машинного обучения (LASSO, SVM, random forest и XGBoost). Была разработана прогностическая номограмма. Нарушения активности сигнальных путей оценивали с помощью анализа вариабельности наборов генов (GSVA), а особенности инфильтрации иммунными клетками — методом MCPcounter. Кроме того, для оценки причинно-следственной связи между ключевой мишенью ETFA и АС проводили двухвыборочную менделевскую рандомизацию (MR), а для оценки регуляторного влияния ETFA выполняли его виртуальный нокаут с использованием данных одноклеточного секвенирования РНК (GSE194315). Были выявлены 45 общих мишеней среди предполагаемых мишеней токсического действия ХК и дифференциально экспрессируемых генов, ассоциированных с АС. Анализ обогащения показал их значимое участие в передаче сигналов, опосредованной цитокинами, иммунном ответе, некроптозе и сигнальном пути HIF-1. Анализ сети взаимодействий между белками выделил ключевые узловые белки, включая TNF, STAT3 и CXCL8. По результатам моделей машинного обучения ключевыми мишенями токсического действия были признаны ZFC3H1, SCRN1 и ETFA; разработанная номограмма продемонстрировала высокую прогностическую точность. Валидация in vitro в модели хронического воздействия ХК на HFLS подтвердила значительное нарушение регуляции этих ключевых мишеней: экспрессия ZFC3H1 была снижена, а экспрессия SCRN1 и ETFA — значительно повышена. Анализ GSVA показал снижение активности ряда иммунных сигнальных путей при АС. Анализ инфильтрации иммунными клетками выявил изменение содержания цитотоксических лимфоцитов, моноцитов и нейтрофилов. Корреляционный анализ связал ключевые мишени с нарушенными сигнальными путями; особенно выраженной была связь ZFC3H1 с гуморальным иммунным ответом и дифференцировкой остеокластов. Анализ MR показал, что ETFA может быть фактором риска АС; при использовании метода обратной дисперсионной взвешенной оценки выявлена номинально значимая связь. Виртуальный нокаут ETFA в одноклеточных данных при АС привёл к значительному повышению экспрессии иммунных генов, включая S100A8, S100A9, S100A12 и нескольких генов главного комплекса гистосовместимости класса II, а также к обогащению таких путей, как процессинг и презентация антигена и фагосома. Полученные данные свидетельствуют о том, что хроническое воздействие ХК может усугублять патогенез АС, нарушая иммуновоспалительные пути и изменяя инфильтрацию иммунными клетками. Выявленные ключевые мишени (ZFC3H1, SCRN1 и ETFA) дают новые представления о механизмах этой связи, а результаты MR-анализа и виртуального нокаута дополнительно указывают на ETFA как на причинный фактор риска, участвующий в нарушении иммунной регуляции; это требует дальнейшей экспериментальной проверки.