《Journal of Inflammation Research》：Evaluating the Diagnostic Value and Molecular Mechanism of Energy Metabolism-Related Gene PEA15 in Sepsis
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本研究通过生物信息学分析结合单细胞测序技术，首次系统阐明了能量代谢相关基因PEA15在脓毒症中的关键作用。研究发现PEA15通过调控干扰素诱导蛋白（RSAD2/IFI44/MX1/IFIT3/ISG15）表达网络，显著改善细胞活力、抑制炎症因子（TNF-α/IL-1β/IL-6）释放，其诊断效能（AUC>0.9）和预后价值为脓毒症精准诊疗提供了新靶点。
Abstract
研究目的：脓毒症作为一种高死亡率的危重症，其发生发展与能量代谢和免疫炎症反应密切相关。本研究旨在通过机器学习与单细胞测序技术，系统鉴定脓毒症中能量代谢相关基因，并深入探讨其诊断潜力与分子机制。
研究方法：利用GEO数据库中的GSE65682和GSE95233数据集，通过加权基因共表达网络分析和差异表达基因筛选，结合Kaplan-Meier生存分析与受试者工作特征曲线评估关键基因的诊断价值。构建PEA15过表达脓毒症细胞模型，采用RNA测序技术鉴定相关基因，并利用单细胞测序解析脓毒症中细胞类型分布与基因表达特征。
研究结果：ATM和PEA15被确定为关键基因。PEA15过表达可显著缓解脓毒症症状，其作用与免疫细胞浸润改变（特别是滤泡辅助T细胞）密切相关。同时鉴定出RSAD2、IFI44、MX1、IFIT3和ISG15等核心基因，这些基因与关键基因存在强相关性。单细胞分析进一步揭示了脓毒症中细胞类型特征与核心基因表达模式。
研究结论：PEA15及其相关核心基因可作为潜在治疗靶点，通过调节PEA15表达或靶向相关分子网络，有望恢复免疫平衡并减轻脓毒症损伤，为靶向治疗策略提供新思路。
Introduction
脓毒症是由感染引起宿主反应失调导致的危及生命的器官功能障碍综合征，全球死亡率高达22.5%，占全球死亡人数的19.7%。其发病机制涉及炎症失衡、免疫功能障碍、线粒体损伤等多重病理生理过程。当前治疗策略虽包含抗感染、血流动力学支持和器官支持，但在异质性患者群体中疗效有限。能量代谢紊乱是脓毒症的核心特征，早期表现为"高代谢风暴"，伴随能量消耗激增和利用效率低下，进而导致器官能量耗竭。本研究通过整合多组学数据分析，旨在发现可用于早期诊断和靶向治疗的精准生物标志物。
Materials and Methods
数据来源于GEO数据库的GSE65682、GSE95233和GSE167363数据集，其中前两者为批量RNA测序数据，后者为单细胞RNA测序数据。从GeneCards数据库获取1110个能量代谢相关基因。通过WGCNA和limma包筛选差异表达基因，利用LASSO和XGBoost机器学习算法识别特征基因。构建PEA15过表达BEAS-2B细胞模型，采用CCK-8法检测细胞活力，流式细胞术分析细胞凋亡，ELISA法检测炎症因子水平。单细胞数据分析采用标准质控流程，细胞聚类注释基于已知标记基因。
Results
能量代谢相关候选基因的功能与特征基因识别
WGCNA分析确定软阈值为18，从棕色模块中筛选出802个与脓毒症密切相关的关键模块基因。差异表达分析鉴定出1287个DEGs，其中445个上调，842个下调。通过交集分析获得24个能量代谢相关候选基因，这些基因显著富集于"凋亡信号通路调控"等GO术语以及"NF-κB信号通路"等KEGG通路。蛋白质互作网络包含17个互作对，涉及12个蛋白质。最终通过机器学习筛选出7个特征基因：PASK、BCL2、FTO、ATM、FXN、PEA15和EEF2。
PEA15和ATM的诊断价值评估
根据最佳截断值将患者分为高、低表达组，生存分析显示ATM和PEA15与患者预后显著相关。表达验证表明这两个基因在脓毒组中表达下调，ROC曲线显示其在两个数据集中的AUC值均超过0.9，展现出卓越的诊断潜力。
调控机制与免疫微环境分析
GSEA分析揭示ATM和PEA15显著富集于"核糖体"、"剪接体"等通路。上游调控网络预测发现6个miRNA和13个lncRNA参与调控。免疫浸润分析显示25种免疫细胞存在差异，其中PEA15与滤泡辅助T细胞呈强正相关（cor=0.617），与活化树突状细胞负相关。
细胞模型构建与功能验证
成功构建PEA15过表达脓毒症模型，实验表明PEA15过表达可显著提高细胞活力（P=0.0001），降低凋亡率（P<0.0001），并抑制TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子释放（P<0.0001）。
核心基因鉴定与功能分析
RNA测序鉴定出492个PEA15过表达相关差异基因，这些基因富集于"细胞外基质组织"等通路。蛋白质互作网络确定RSAD2、IFI44、IFIT3、ISG15和MX1为核心基因，其中ISG15和MX1与PEA15呈强正相关（cor>0.7）。基因互作网络显示这些核心基因主要参与"I型干扰素反应"等生物过程。
单细胞水平机制解析
单细胞分析鉴定出7种主要细胞类型：B细胞、单核细胞、红系前体细胞、T细胞、树突状细胞、NK细胞和血小板。核心基因呈现细胞类型特异性表达模式：RSAD2在红系前体细胞高表达，IFI44和MX1在树突状细胞高表达，IFIT3和ISG15在单核细胞高表达。功能注释显示不同细胞类型参与"NEIL3介导的链间交联修复"等通路。
Discussion
本研究首次系统阐述了PEA15在脓毒症中的多重作用。作为能量代谢相关基因，PEA15通过调控干扰素诱导蛋白网络，影响细胞凋亡和炎症反应，其诊断效能和预后价值为脓毒症精准医疗提供了新视角。与既往研究一致，PEA15已知的代谢调控功能（如与HKII互作调节细胞命运）为其在脓毒症中的作用机制提供了理论支持。ATM基因的同步下调进一步提示DNA损伤应答在脓毒症免疫调节中的重要性。单细胞分辨率下的核心基因表达图谱，揭示了脓毒症微环境中细胞类型特异性的分子调控网络。
Conclusions
本研究鉴定出PEA15和ATM作为脓毒症潜在诊断标志物，证实PEA15过表达可通过调节核心基因网络改善脓毒症病理进程。这些发现为脓毒症的早期诊断和靶向治疗提供了新的理论依据，同时深化了对能量代谢在脓毒症中作用机制的理解。
