《Frontiers in Immunology》：Identification of key genes associated with muscle atrophy after spinal cord injury and experimental verification in rats
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本研究通过生物信息学与实验验证相结合，系统筛选脊髓损伤（SCI）后肌肉萎缩的关键分子靶点。利用GEO数据库GSE21497数据集，结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）与蛋白质互作（PPI）网络，发现FOS与CCL2基因在SCI后肌肉萎缩中显著富集，并通过qPCR在大鼠模型中验证其动态表达。功能富集分析提示二者可能通过调控炎症反应（如TNF信号通路）与细胞凋亡途径参与肌肉萎缩进程，为靶向治疗提供新思路。
引言
脊髓损伤（SCI）是一种高致残率的神经系统疾病，继发性肌肉萎缩是其常见并发症，严重影响患者运动功能与生活质量。研究表明，SCI后运动神经元通路中断可导致骨骼肌蛋白降解加速、合成减少，但其分子机制尚未完全阐明。随着生物信息学技术的发展，通过高通量基因芯片筛选关键基因已成为探索疾病机制的重要策略。
材料与方法
研究从GEO数据库获取GSE21497数据集（包含10例SCI患者伤后2天与5天的股外侧肌样本），利用limma包筛选差异表达基因（DEGs），设定阈值P<0.05且|logFC|>1.5。通过WGCNA构建基因共表达网络，识别与SCI表型最相关的模块。采用DAVID数据库进行GO与KEGG富集分析，使用STRING数据库和Cytoscape软件构建PPI网络，并通过CytoHubba插件的Degree、MCC、MNC、EPC四种算法筛选核心基因。最后通过qPCR在大鼠SCI模型（Allen法造模）中验证Hub基因表达。
结果
- 1.
差异基因筛选：共鉴定1007个DEGs，其中上调533个、下调474个。WGCNA分析显示turquoise模块（含161个基因）与SCI相关性最高（相关系数0.80，P<0.0001）。
- 2.
功能富集分析：turquoise模块基因显著富集于细胞过程负调控、细胞质、有机物质反应等生物学过程，以及TNF信号通路、细胞衰老、肌动蛋白细胞骨架调控等通路。GSEA分析提示PPAR信号通路与黏附连接通路激活，DNA复制通路抑制。
- 3.
核心基因鉴定：PPI网络结合多算法交叉验证确定FOS与CCL2为关键Hub基因。临床数据分析显示，截瘫患者肌肉组织中FOS与CCL2表达高于截瘫患者，且伤后5天表达仍维持较高水平。
- 4.
实验验证：大鼠qPCR结果显示，SCI后2天FOS mRNA与CCL2 mRNA表达达峰值，5天时虽略有下降但仍显著高于假手术组（P<0.05）。
讨论
FOS作为即刻早期基因（IEG），可能通过激活AP-1转录因子复合物，促进泛素-蛋白酶体系统（如Atrogin-1/MuRF1通路）介导的肌纤维降解。CCL2（MCP-1）则通过招募巨噬细胞、放大局部炎症反应（如TNF-α、IL-1β释放），加剧肌肉细胞凋亡。二者在SCI后早期高表达提示其可作为干预靶点，例如通过JNK抑制剂（如CC-930）抑制FOS活性，或使用CCL2拮抗剂（如Bindarit）减轻炎症浸润。
局限性
本研究样本集中于SCI急性期（5天内），慢性期分子变化仍需进一步验证；临床样本量较小，且缺乏直接评估基因表达与肌肉萎缩严重度的定量关联。
结论
FOS与CCL2是SCI后肌肉萎缩的关键调控基因，其动态表达特征与炎症通路激活密切相关，为开发靶向治疗策略提供了理论依据。
