瘢痕疙瘩发病与成纤维细胞异质性基因相关:基于GEO数据库单细胞转录组分析OA

背景:瘢痕疙瘩是一种由成纤维细胞异常活化和免疫调控失衡共同驱动的慢性皮肤纤维化疾病,其分子机制仍未完全阐明。随着单细胞转录组技术的发展,利用公开数据库进行系统生物信息学分析,有助于识别新的诊断标志物与治疗靶点。目的:探讨瘢痕疙瘩发病机制中与成纤维细胞异质性及免疫调控相关的关键标志物。方法:从GEO公共数据库获取瘢痕疙瘩成纤维细胞的单细胞转录组数据集GSE181297、GSE14572进行系统生物信息学分析。首先对细胞亚群进行注释,并分析各细胞类型的频率变化,结合拟时序分析推测不同细胞的分化轨迹。基于转录组数据,构建加权基因共表达网络并筛选差异表达基因,进行基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)功能富集分析,明确其参与的关键生物过程和信号通路。利用蛋白质互作网络识别候选核心基因,进一步联合3种机器学习算法筛选潜在关键标志物,并通过受试者工作特征曲线评估其诊断效能。同时,评估核心基因在免疫细胞中的表达模式及相关性。结果与结论:①单细胞转录组分析揭示瘢痕疙瘩组织中内皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞、T细胞、肥大细胞、巨噬细胞及淋巴管内皮细胞的比例显著升高,其中成纤维细胞为主要细胞类型;②拟时序分析显示成纤维细胞主要分布于状态1、状态2及状态3,处于分化起始阶段,具有较高的发育潜力;③通过差异分析共获得80个与成纤维细胞相关的差异表达基因,主要富集于区域化、骨骼系统形态发生及胚胎骨骼发育等通路;④整合蛋白质互作网络与多种机器学习模型,最终筛选出HOXC4作为关键标志物;受试者工作特征曲线分析表明HOXC4具有良好的诊断性能,且在瘢痕疙瘩患者组织中高表达;⑤相关性分析显示HOXC4与静息自然杀伤细胞呈显著正相关,而与活化树突状细胞和活化自然杀伤细胞呈显著负相关。此研究系统性地揭示了瘢痕疙瘩成纤维细胞的异质性特征及其与免疫微环境的关联,HOXC4被确定为与成纤维细胞功能状态及免疫调控相关的关键标志物,为瘢痕疙瘩的早期诊断和靶向治疗提供了潜在的新靶点。