《Scientific Reports》：Identification of key hub genes in spinal cord ischemia-reperfusion injury via integrated bioinformatics analysis and in vivo validation
编辑推荐：
本研究针对脊髓缺血再灌注损伤(SCII)导致的神经功能损伤难题，通过整合GEO数据库基因表达谱(GSE138966、GSE167274)，运用生物信息学筛选与体内实验验证相结合的策略，首次系统鉴定出99个SCII关键枢纽基因，揭示MAPK/cAMP/Rap1信号通路的核心作用，并明确Tnc、Thbs2等基因的时序表达特征，为SCII机制解析提供了新视角和治疗靶点。
当主动脉手术或脊髓创伤发生时，脊髓组织经历缺血后恢复血流供应的过程，反而会引发更严重的继发性损伤，这种现象被称为脊髓缺血再灌注损伤（Spinal Cord Ischemia-Reperfusion Injury, SCII）。SCII可导致神经元死亡、血脊髓屏障破坏以及感觉运动功能障碍，是临床上致残率极高的并发症。目前对其分子机制的认识仍不全面，缺乏有效的治疗靶点。传统研究多聚焦于个别基因或通路，缺乏系统性视角。为此，研究人员在《Scientific Reports》发表论文，通过整合生物信息学分析与体内实验验证，首次全面绘制SCII的分子网络图谱。
本研究主要采用以下关键技术方法：从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取基因表达数据集（GSE138966和GSE167274）；使用R软件进行差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）筛选；通过Gene Ontology（GO）和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）进行功能富集分析；利用Cytoscape软件构建蛋白-蛋白相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）网络；采用qRT-PCR技术在大鼠SCII模型中验证关键基因表达时序变化。
差异表达基因筛选与功能分析
通过对两个基因表达数据集进行整合分析，共鉴定出99个SCII相关枢纽基因，其中60个基因表达上调，39个基因下调。这些基因显著富集于MAPK（Mitogen-Activated Protein Kinase）、cAMP（Cyclic Adenosine Monophosphate）和Rap1信号通路，提示这些通路在SCII病理过程中发挥核心调控作用。
蛋白相互作用网络构建
PPI网络分析发现Ccl2（C-C Motif Chemokine Ligand 2）、Mmp9（Matrix Metallopeptidase 9）、Itgb1（Integrin Subunit Beta 1）、Timp1（Tissue Inhibitor of Metalloproteinases 1）、Myd88（Myeloid Differentiation Primary Response 88）和Lgals3（Galectin 3）等基因处于网络中心节点位置，表明这些基因可能在SCII中起关键调控作用。
关键基因的时序表达验证
通过建立大鼠SCII模型，采用qRT-PCR技术对筛选出的关键基因进行时序表达验证。结果显示：Tnc（Tenascin C）、Thbs2（Thrombospondin 2）和S100a10（S100 Calcium Binding Protein A10）在SCII后1小时、24小时和48小时持续高表达；Msn（Moesin）、Lcp1（Lymphocyte Cytosolic Protein 1）、Lcn2（Lipocalin 2）和Akap12（A-Kinase Anchoring Protein 12）在损伤早期（1小时）即出现显著上调；而Itga5（Integrin Subunit Alpha 5）则表现为延迟上调，在损伤后48小时才出现显著表达变化（P<0.05）。
研究首次系统鉴定了SCII中曾被忽视的关键基因，并通过体内实验明确了其动态表达模式。这些发现不仅深化了对SCII分子机制的理解，更为开发时序特异性治疗策略提供了新方向。该研究建立的基因表达谱数据库和验证平台，为后续靶向药物研发和临床转化研究奠定了坚实基础。
