《Scientific Reports》：Oxidative stress-associated genes TPPP3 and VEGFA in COPD revealed by bulk and single-cell sequencing analysis
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本研究针对慢性阻塞性肺疾病（COPD）氧化应激机制不清的问题，通过整合生物信息学与实验验证方法，筛选出12个关键氧化应激相关基因，发现TPPP3与VEGFA在支气管上皮细胞特异性高表达，为COPD的靶向治疗提供新方向。研究成果对开发诊断生物标志物及治疗策略具有重要意义。
慢性阻塞性肺疾病（COPD）作为全球第三大致死原因，其特征性气道炎症与氧化应激的恶性循环始终是治疗难点。尽管已知氧化应激参与COPD进展，但其关键分子靶点与细胞特异性机制仍不明确，这严重制约了精准治疗策略的开发。近日发表于《Scientific Reports》的研究通过多组学整合分析，首次系统揭示了TPPP3与VEGFA作为上皮细胞特异性氧化应激关键基因在COPD中的核心作用。
本研究采用生物信息学与实验验证相结合的策略：首先从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取COPD患者转录组数据，结合GeneCards数据库中的氧化应激相关基因集，筛选差异表达基因（DEGs）并进行功能富集分析；随后运用LASSO回归和随机森林等机器学习算法鉴定关键基因，通过受试者工作特征（ROC）曲线评估诊断价值；进一步利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）解析关键基因的细胞分布特征；最后通过体外构建CODP合并氧化应激的BEAS-2B细胞模型进行实验验证。
差异基因筛选与功能富集分析
通过对比COPD患者与健康对照的基因表达谱，研究团队鉴定出76个与氧化应激相关的差异表达基因。这些基因显著富集于坏死性凋亡（necroptosis）、JAK-STAT信号通路和MAPK信号通路等与炎症反应及细胞死亡密切相关的生物过程，提示氧化应激可能通过调控这些通路参与COPD的病理进程。
机器学习筛选关键基因
研究采用LASSO回归和随机森林两种机器学习算法，从76个候选基因中进一步筛选出12个具有高诊断价值的关键基因（hub genes）。通过ROC曲线分析验证，这些基因对CODP表现出优异的区分能力（AUC>0.8），其中TPPP3和VEGFA在后续分析中展现出突出意义。
单细胞转录组解析细胞特异性
通过对scRNA-seq数据的聚类分析，研究人员发现TPPP3和VEGFA在支气管上皮细胞中呈现特异性高表达。这一发现将氧化应激相关基因的作用定位到特定细胞类型，为理解COPD中上皮细胞功能障碍提供了新的分子视角。
实验验证关键基因表达
为验证生物信息学预测结果，研究团队利用香烟烟雾提取物处理人支气管上皮细胞（BEAS-2B）建立COPD体外模型。qPCR检测结果显示TPPP3与VEGFA的表达变化与预测一致，证实了这两个基因在氧化应激条件下的调控作用。
本研究通过多维度数据整合与实验验证，不仅构建了COPD氧化应激相关基因网络，还首次明确TPPP3和VEGFA作为上皮细胞特异性关键基因的重要地位。这些发现为开发COPD特异性诊断生物标志物和靶向治疗策略提供了新思路，尤其是为上皮细胞靶向干预疗法奠定了理论基础。该研究展现的多组学整合分析策略也为复杂疾病的机制研究提供了可借鉴的范式。
