单细胞转录组测序联合孟德尔随机化分析揭示慢性鼻窦炎中CTSC的关键作用

作     者：周世灿 赖菊 范锴 李敬文 徐夏月 姚春艳 龙波锦 赵传亮 车娜 高雅玟 余少卿 Zhou Shican;Lai Ju;Fan Kai;Li Jingwen;Xu Xiayue;Yao Chunyan;Long Bojin;Zhao Chuanliang;Che Na;Gao Yawen;Yu Shaoqing

作者机构：同济大学同济医院耳鼻咽喉头颈外科变态反应科上海200065 

出 版 物：《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》 (Chinese Journal of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery)

年 卷 期：2024年第59卷第6期

页      面：551-559页

核心收录：

学科分类：1002[医学-临床医学] 100213[医学-耳鼻咽喉科学] 10[医学] 

基　　金：科技部国家重点研发计划(2022YFC2504100) 上海申康医院发展中心市级医院新兴前沿技术联合攻关项目(SHDC12024126) 上海市自然科学基金项目(23ZR1458000) 上海市综合医院中西医结合专项(ZHYY-ZXYJHZX-202118) 上海市东方英才拔尖人才计划 

主　　题：鼻窦炎 单细胞转录组测序 孟德尔随机化 组织蛋白酶C 

摘      要：目的:旨在深入探索慢性鼻窦炎(CRS)的分子机制,识别关键细胞亚群和基因,构建有效的诊断模型,并筛选潜在的治疗药物。方法:通过单细胞转录组测序数据鉴定CRS中的关键细胞亚群。通过高维加权基因共表达网络分析(high dimensional weighted gene co-expression network analysis,hdWGCNA)和多种机器学习算法的联合应用,筛选CRS的关键基因并构建CRS的诊断模型。通过孟德尔随机化和共定位分析进行因果推断分析。使用分子对接技术进行靶点药物的鉴定,并通过免疫荧光染色对生信分析的结果进行验证。采用Graphpad Prism、R、python和Adobe Illustrator软件进行数据及图像处理。结果:CRS尤其是嗜酸性慢性鼻窦炎伴鼻息肉(ECRSwNP)中基底细胞和基上皮细胞占比增加(P=0.001)。hdWGCNA显示“黄色模块与CRS中基底细胞和基上皮细胞密切相关。采用单因素逻辑回归和最小绝对值收敛和选择算法(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)筛选出13个关键基因(CTSC、LAMB3、CYP2S1、TRPV4、ARHGAP21、PTHLH、CDH26、MRPS6、TENM4、FAM110C、NCKAP5、SAMD3和PTCHD4)。基于这13个基因,使用多种机器学习算法构建出有效的CRS诊断模型(AUC=0.958)。孟德尔随机化分析显示组织蛋白酶C(cathepsin C,CTSC)与CRS具有因果关系(逆方差加权:OR=1.06,P=0.006),共定位分析证实CTSC与CRS具有共享的遗传变异(PPH4/PPH32)。分子对接结果显示,对乙酰氨基酚与CTSC具有较好的结合能力(结合能:-5.638 kcal/mol)。免疫荧光染色实验表明CRS中CTSC^(+)细胞增多。结论:本研究综合运用多种生物信息学方法,识别了CRS中的关键细胞类型和基因,构建了有效的诊断模型,强调了CTSC在CRS中的关键作用,为CRS的治疗提供了新的靶点。