題目：鑒定乳酸化相關(guān)基因特征作為急性心肌梗死早期診斷的新型生物標(biāo)志物

英文名：Identification of a lactylation-related gene signature as the novel biomarkers for early diagnosis of acute myocardial infarction

雜志：International Journal of Biological Macromolecules

影響因子：7.7/Q1

發(fā)表時間：2024年11月

研究背景： 心血管疾病，尤其是急性心肌梗死（AMI），是一個主要的全球健康問題。目前AMI的診斷方法缺乏敏感性和特異性，因此需要新的生物標(biāo)志物進(jìn)行早期檢測。本研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了LRGs作為潛在的早期AMI生物標(biāo)志物，并為組蛋白乳酸化和單核細(xì)胞介導(dǎo)的心肌修復(fù)機(jī)制提供了見解。

研究思路：數(shù)據(jù)庫獲得AMI患者的RNA測序數(shù)據(jù)，通過篩選健康對照患者和AMI患者的差異表達(dá)基因（DEGs），結(jié)合加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），確定了與AMI相關(guān)的LRG。隨后，根據(jù)LRGs的表達(dá)水平，采用共識無監(jiān)督聚類分析將患者分為兩個亞型，并比較它們之間的差異。在此之后，建立了一個預(yù)后模型并進(jìn)行了外部驗(yàn)證，以強(qiáng)調(diào)它們作為AMI早期診斷標(biāo)志物的潛力。免疫浸潤分析進(jìn)一步探索了AMI中乳酸化與單核細(xì)胞遠(yuǎn)程激活之間的關(guān)系。最后，從Sprague-Dawley（SD）大鼠中分離出原代心肌細(xì)胞，并對其進(jìn)行氧和葡萄糖剝奪治療，并通過qRT-PCR使用這些干預(yù)細(xì)胞進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖1

研究結(jié)果：

1、DEGs的表達(dá)和AMI患者的功能分析

研究的工作流程如圖 1 所示。分析共鑒定出350個DEGs，包括288個上調(diào)基因和62個下調(diào)基因。熱圖顯示前30個上調(diào)基因和前30個下調(diào)基因。（圖2A、B）。GO和KEGG富集分析均顯示AMI患者細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)受到顯著重視。此外，KEGG富集分析表明AMI患者脂質(zhì)和動脈粥樣硬化、NF-κB、TNF和IL-17通路的強(qiáng)烈激活，表明與正常對照相比，炎癥反應(yīng)、細(xì)胞死亡和細(xì)胞凋亡可能存在強(qiáng)烈的級聯(lián)反應(yīng)（圖2C、D）。免疫微環(huán)境的差異進(jìn)一步證實(shí)了這一觀察結(jié)果，與健康對照相比，AMI患者表現(xiàn)出中性粒細(xì)胞、活化肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞和NK細(xì)胞浸潤的百分比更高，適應(yīng)性免疫相關(guān)細(xì)胞顯著下降。各種活化的免疫細(xì)胞顯示出顯著增加，這可能與急性期的炎癥狀態(tài)有關(guān)（圖2E、F）。

圖2

2、通過WGCNA鑒定樞紐基因預(yù)測AMI

對AMI患者和健康個體隊(duì)列進(jìn)行了WGCNA。發(fā)現(xiàn)綠色模塊和灰色模塊與AMI密切相關(guān)（圖3A-E）。根據(jù)顯著性和相關(guān)系數(shù)超過0.5的264個基因進(jìn)行篩選，鑒定出4個樞紐基因，SAT1、AMPD2、PYGL和SLC7A7（圖3F）。此外，對這些基因進(jìn)行了GSEA和TF分析，以探索它們在研究條件下的功能作用和調(diào)節(jié)機(jī)制（圖4）。

圖3

圖4

3、基于樞紐基因的亞型建立和功能分析

無監(jiān)督聚類分析將AMI患者分為兩個亞型，標(biāo)記為AMI1和AMI2（圖5A）。所有4個樞紐基因在AMI2中均上調(diào)（圖5B）。隨后，比較了兩種AMI亞型之間免疫浸潤的差異。AMI1中靜息CD4記憶T細(xì)胞和T細(xì)胞γδ顯著升高，而AMI2中活化的NK細(xì)胞、單核細(xì)胞、活化肥大細(xì)胞和中性粒細(xì)胞顯著增加（圖5C）。根據(jù)兩項(xiàng)GSVA評估的結(jié)果，AMI2患者的免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)更加活躍，細(xì)胞代謝活性增強(qiáng)（圖5D、E）。

圖5

4、機(jī)器學(xué)習(xí)診斷模型的構(gòu)建和驗(yàn)證

殘差圖、殘差的反向累積分布和ROC曲線的分析表明，與其他兩種方法相比，GLM表現(xiàn)出略高的準(zhǔn)確性，顯示較低的殘差值和ROC曲線下的較大面積（圖6A-C）。利用GLM的計算結(jié)果開發(fā)AMI的預(yù)測列線圖（圖6D），其中每個基因單獨(dú)評分，并通過對分?jǐn)?shù)求和獲得AMI發(fā)生的預(yù)測總分。決策曲線和校準(zhǔn)曲線證明了其準(zhǔn)確性（圖6E、F）。此外，對這4個樞紐基因進(jìn)行了ROC分析，SAT1、PYGL和SLC7A7的AUC值均超過0.8，而AMPD2的AUC值minimum，為0.749，表明它們建立分類模型的準(zhǔn)確性令人滿意（圖6G）。

圖6

5、樞紐基因與單核細(xì)胞活化有關(guān)

免疫浸潤分析和加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析表明，棕色和紅色模塊在兩種方法中都成為最顯著的（圖7A、B）。隨后，將獲得的單核細(xì)胞相關(guān)基因與4個樞紐基因進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)SLC7A7和PYGL可能是參與單核細(xì)胞心臟修復(fù)早期激活的關(guān)鍵基因（圖7C）。此外，通過CIBERSORT的驗(yàn)證表明，這兩個基因正向調(diào)節(jié)單核細(xì)胞，并對適應(yīng)性免疫細(xì)胞產(chǎn)生一些抑制作用（圖7D）。

圖7

6、缺血缺氧上調(diào)樞紐基因的RNA水平

為了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證AMI中所選基因的表達(dá)水平，對在正常條件下培養(yǎng)的NRVM和接受6小時葡萄糖-氧剝奪的NRVM進(jìn)行了RNA提取，然后進(jìn)行qRT-PCR。的研究結(jié)果顯示，在暴露于缺氧的NRVM中，AMPD2、PYGL、SLC7A7和SAT1的表達(dá)水平顯著升高（圖8），從而肯定了分析結(jié)果的可靠性。

圖8

總結(jié)：本文通過公共數(shù)據(jù)分析+下游驗(yàn)證，揭示了乳酸化相關(guān)基因（LRGs）在急性心肌梗死（AMI）中的重要意義。文章方法易復(fù)現(xiàn)，傲星生物不僅具有豐富的分析經(jīng)驗(yàn)、還提供完善的下游驗(yàn)證、機(jī)制研究服務(wù)，一對一專屬服務(wù)為您排憂解難，助您輕松應(yīng)對畢業(yè)和晉升！