人类肠道中含有两种巨噬细胞（特殊白血细胞），它们在维持消化系统平衡方面发挥着截然不同但同等重要的作用。炎症性巨噬细胞负责对抗微生物感染，而非炎症性巨噬细胞则修复受损组织。在克罗恩病——一种炎症性肠病中，这两种巨噬细胞之间的不平衡会导致慢性肠道炎症，损害肠壁并引发疼痛及其他症状。
加州大学圣地亚哥分校医学院研究人员开发出一种新方法，将人工智能与先进分子生物学技术相结合，以破解决定巨噬细胞转化为炎症性或非炎症性的关键机制。
该研究同时解决了关于NOD2基因在决策过程中作用的长期谜题。NOD2于2001年被发现，是首个与克罗恩病风险升高相关的基因。
研究人员利用强大的机器学习工具，分析了来自炎症性肠病患者结肠组织和健康结肠组织的数千个巨噬细胞基因表达模式。他们确定了一个包含53个基因的巨噬细胞特征标记，能可靠区分反应性炎症巨噬细胞和组织修复型巨噬细胞。
这53个基因中有一个编码名为girdin的蛋白质。进一步分析显示，在非炎症性巨噬细胞中，NOD2蛋白的特定区域会与girdin结合。这种结合能抑制过度炎症、清除有害微生物并促进炎症性肠病造成的组织修复。但克罗恩病最常见的NOD2基因突变会删除girdin正常结合的基因片段，导致炎症性与非炎症性巨噬细胞之间出现危险失衡。
"NOD2相当于人体的感染监控系统，"资深作者、加州大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学教授Pradipta Ghosh博士表示，"当与girdin结合时，它能检测入侵病原体并通过快速中和维持肠道免疫平衡。失去这种合作，NOD2监控系统就会崩溃。"
研究人员通过比较缺乏girdin蛋白的克罗恩病小鼠模型与girdin完整模型，验证了NOD2和girdin相互作用的重要性。结果显示，缺失girdin的小鼠肠道微生物组失衡，小肠发炎，常因败血症死亡。败血症是免疫系统对感染产生过度反应的状况，会导致全身炎症及重要器官损伤。
"肠道如同战场，巨噬细胞就是维和者，"共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校医学院助理项目科学家Gajanan D. Katkar博士指出，"人工智能首次让我们清晰定义并追踪两支对立队伍中的关键角色。"
通过整合AI驱动分类、机制生物化学和小鼠模型，该研究解决了克罗恩病领域历时最长的争议之一。研究发现不仅阐明了关键基因突变如何驱动疾病进程，还为开发旨在恢复girdin与NOD2相互作用的治疗方法提供了理论基础。
该研究已于10月2日发表在《临床研究杂志》上。
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