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摘要
目的验证脓毒症中特异分化的单核细胞亚群, 并筛选及构建用于早期诊断脓毒症的单核细胞差异基因集。方法选择广东省人民医院2020年6月至2021年3月收治的脓毒症患者, 提取外周血单个核细胞(PBMC), 应用单细胞测序技术和拟时序分析对单核细胞差异亚群进行验证。利用生物信息学手段分析差异亚群中的基因表达, 并筛选出差异基因用于初步构建候选差异基因集。利用数字聚合酶链反应(PCR)技术分别在脓毒症患者PBMC以及脓毒症人髓系白血病单核细胞株(THP-1)模型中对候选差异基因进行验证, 并利用韦恩图构建最终的单核细胞差异基因集。使用基因表达数据库(GEO)对差异基因集进行外部数据验证。结果①细胞注释及拟时序分析结果显示, NEAT1+CD163+单核细胞的分化明显区别于其他亚群, 并在脓毒症早期就已经出现, 是脓毒症病理过程中的特征亚群。②从NEAT1+CD163+单核细胞的基因表达中筛选出22个与脓毒症相关的差异基因, 经过数字PCR进一步验证后, 最终筛选出碱性亮氨酸拉链ATF样转录因子(BATF)、原癌基因JUNB、癌胚抗原相关细胞黏附分子4(CEACAM4)、第9号染色体上95开放阅读框(C9orf95)、G蛋白α亚基15(GNA15)、补体C3A受体1(C3AR1)、转录生长因子β1(TGFB1)、线粒体载体同源物1(MTCH1)8个基因, 用于构建最终的单核细胞差异基因集。③外部验证结果显示, 由于C9orf95基因在GEO数据库的GSE154918及GSE133822两个数据集中均无数据, 因此在验证时将其排除。在GSE154918数据集, 单核细胞差异基因集中BATF、JUNB、CEACAM4、GNA15、C3AR1、TGFB1、MTCH1的表达在脓毒症组均较健康对照组明显升高(log2表达量:BATF为12.78±0.08比11.39±0.35, JUNB为16.88±0.07比16.04±0.03, CEACAM4为14.73±0.08比13.77±0.05, GNA15为13.16±0.06比12.30±0.04, C3AR1为14.62±0.13比12.87±0.05, TGFB1为16.95±0.05比16.57±0.36, MTCH1为14.80±0.02比14.61±0.15, 均P<0.05);在GSE133822数据集, 基因集中BATF、CEACAM4、GNA15、C3AR1的表达在脓毒症组明显高于健康对照组(log2表达量:BATF为8.66±0.16比7.92±0.14, CEACAM4为9.20±0.16比8.36±0.20, GNA15为10.66±0.18比10.13±0.16, C3AR1为11.49±0.27比10.48±0.16, 均P<0.05), 而JUNB、TGFB1、MTCH1的表达在两组人群中差异无统计学意义。基因集差异分析(GSVA)显示, 在GSE154918及GSE133822两个数据集中, 脓毒症组单核细胞差异基因集的富集分数均显著高于健康对照组(GSE154918:0.38±0.04比-0.44±0.02, GSE133822:0.56±0.02比0.20±0.05, 均P<0.01)。受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析显示, 单核细胞差异基因集在GSE154918及GSE133822两个数据集中对脓毒症早期诊断的ROC曲线下面积(AUC)及95%可信区间(95%CI)分别为0.993(0.980～1.000)和0.944(0.873～1.000), 提示其具有可靠的诊断价值。结论通过单细胞测序技术及数字PCR技术筛选得到的BATF、JUNB、CEACAM4、GNA15、C3AR1、TGFB1、MTCH1单核细胞差异基因集对脓毒症患者具有良好的早期诊断效能, 或许能够为早期诊断脓毒症提供新思路。
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