影響因子：5.6

期刊： International Immunopharmacology

研究概述：腦出血后上荡，腦實質(zhì)中充滿凝血酶趴樱、紅細胞成分以及膠質(zhì)細胞和浸潤的外周免疫細胞釋放的炎癥因子，這些可能會使抗氧化防御系統(tǒng)過載酪捡，導致抗氧化劑消耗增加叁征，抗氧化酶活性降低，從而引發(fā)氧化應(yīng)激(OS)損傷逛薇。因此捺疼，確定與OS相關(guān)的基因可以增強對ICH后氧化應(yīng)激反應(yīng)的理解。作者采用單細胞RNA測序結(jié)果研究腦出血后細胞層面上的OS異質(zhì)性永罚。

接著使用AUCell啤呼、Ucell卧秘、singscore、ssgsea和AddModuleScore算法官扣，并結(jié)合相關(guān)性分析翅敌，確定了影響腦出血后高OS的關(guān)鍵基因。此外惕蹄，作者使用了四種機器學習算法蚯涮，即極限梯度提升、Boruta卖陵、隨機森林和最小絕對收縮和選擇算子來識別最優(yōu)特征基因遭顶，發(fā)現(xiàn)ANXA2和COTL1與ICH后的高OS密切相關(guān)。最后作者運用動物模型驗證以上結(jié)果泪蔫，發(fā)現(xiàn)腦出血后OS表達增加棒旗。此外，ANXA2和COTL1蛋白表達顯著升高撩荣，并與小膠質(zhì)細胞共定位嗦哆。Pearson相關(guān)系數(shù)分析顯示ANXA2和COTL1均與OS顯著相關(guān)。

關(guān)于非腫瘤生信婿滓，我們也解讀過很多老速，主要有以下類型
1 單個疾病WGCNA+PPI分析篩選hub基因
2 單個疾病結(jié)合免疫浸潤，熱點基因集凸主，機器學習算法等
3 兩種相關(guān)疾病聯(lián)合分析橘券，包括非腫瘤結(jié)合非腫瘤，非腫瘤結(jié)合腫瘤或者非腫瘤結(jié)合泛癌分析
4 基于分型的非腫瘤生信分析
5 單細胞結(jié)合普通轉(zhuǎn)錄組生信分析

目前非腫瘤生信發(fā)文的門檻較低卿吐，有需要的朋友歡迎交流

研究流程：

研究結(jié)果：

利用scRNA-seq數(shù)據(jù)集分析ICH后OS相關(guān)特征的復雜性旁舰。

作者收集了807個OS相關(guān)基因，并對單細胞數(shù)據(jù)進行GSVA分析嗡官，評估在ICH中OS的影響箭窜，其觀察到，與正常腦組織相比衍腥，ICH腦組織表現(xiàn)出更高的OS活性(圖2A)磺樱。為了探索具有高OS活性的細胞類別，作者從scRNA-seq數(shù)據(jù)集中篩選了37,818個高質(zhì)量的細胞用于進一步分析(補充圖)婆咸。PCA結(jié)果表明竹捉，在所有分析樣本中，細胞分布相對穩(wěn)定尚骄，對批次效應(yīng)的敏感性較低(圖2B)块差。UMAP結(jié)果表明，所有細胞被細致地劃分為27個簇(圖2C)彪蓬。細胞注釋結(jié)果表明末融，作者獲得了8種不同的細胞類型，包括T細胞除呵、單核細胞鹉动、自然殺傷細胞(NK)轧坎、巨噬細胞、B淋巴細胞训裆、樹突狀細胞、粒細胞和神經(jīng)元(圖2D-E)蜀铲”吡穑基于8種不同細胞類型的GO分析富集的相關(guān)通路則提供了對這些細胞類型的更深入的理解(圖2F)。

為了研究腦出血后單細胞水平的OS活性记劝，作者使用AUCell, Ucell, singscore, ssgsea和AddModuleScore算法來計算每個細胞的OS活性变姨。這些算法的結(jié)果均表明，腦出血后厌丑，OS活性在不同的細胞層中表現(xiàn)出異質(zhì)性定欧。單核細胞中的OS活性最高，而T細胞怒竿、NK細胞和B細胞的活性相對較低(圖3A-B)砍鸠。UMAP圖也顯示單核細胞和巨噬細胞上的OS活性高(圖3C)。根據(jù)總OS活性的中位數(shù)耕驰，將所有細胞分為高OS細胞和低OS細胞(圖3D)爷辱。相關(guān)性研究結(jié)果顯示，有124個基因與OS密切相關(guān)(圖3E)朦肘。作者對高OS活性和低OS活性之間的OS上調(diào)基因進行了DEG(圖3F)饭弓。DEG結(jié)果共鑒定出374個基因參與了OS活性的上調(diào)(補充表5)。最終媒抠，共有93個基因與參與上調(diào)OS活性的DEG同時存在于相關(guān)分析中(圖3G)弟断。 此外作者還對篩選出的93個基因進行了GO分析和PPI網(wǎng)絡(luò)分析（圖4，未放置圖）

機器學習算法篩選最優(yōu)基因

作者使用4種不同的機器學習算法用于識別93個基因中的最優(yōu)特征基因趴生。利用xGBoost算法阀趴，其得到了5個關(guān)鍵基因(圖5A)；通過Boruta算法迭代500次后苍匆，其確定了11個關(guān)鍵基因(圖5B)舍咖；利用RF算法后，作者識別出23個重要性評分> 0的關(guān)鍵基因(圖5C)锉桑；此外排霉，使用LASSO算法確定了6個關(guān)鍵基因作為OS的診斷標志物(圖5D)。最后，將四種機器學習算法識別的基因合并后攻柠，其最終確定了兩種最優(yōu)特征基因——ANXA2和COTL1(圖5E)球订。為了評估分析的準確性，作者也在批量水平上評估了兩個基因的表達差異瑰钮。結(jié)果表明冒滩，與非腦出血組相比，腦出血組中ANXA2和COTL1的表達顯著升高(圖5F-G)浪谴。通過ROC曲線評價2個特征基因的診斷價值开睡。ANXA2的ROC曲線下面積為1.0(圖5H)，COTL1為0.964(圖5I)苟耻。

單細胞水平驗證最優(yōu)基因

ANXA2和COTL1在整體水平的單核細胞譜系中表現(xiàn)出較高的豐度(圖6A)篇恒。為了進一步確定這兩個最優(yōu)特征基因所影響的特定細胞類型，作者在單細胞水平進行了驗證凶杖。點圖結(jié)果顯示胁艰，ANXA2和COTL1在單核細胞中高表達，而在T細胞智蝠、NK細胞和B細胞中的表達相對較低(圖6B)腾么。ANXA2和COTL1的小提琴圖結(jié)果表明，單核細胞中基因表達升高(圖6C)杈湾。此外解虱，UMAP的結(jié)果也表明ANXA2和COTL1主要在單核細胞中表達(圖6D-F)。此外漆撞，作者還對大數(shù)據(jù)集的血腫腦組織數(shù)據(jù)進行了GSEA富集分析（補充圖）饭寺。

軌跡分析和細胞間相互作用分析

接著，作者將單核細胞分為ANXA2 +單核細胞組和ANXA2-單核細胞組叫挟，COTL1 +單核細胞組和COTL1-單核細胞組艰匙，利用Monocle2進行軌跡分析，以評估單核細胞的轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性抹恳。隨著準時間過程的展開员凝，ANXA2 +單核細胞和COTL1 +單核細胞的比例同步分化，cluster0亞型所占比例逐漸降低奋献，而cluster1和cluster2亞型所占比例逐漸升高(圖7A)健霹。圖7B顯示了偽時間軌跡分析中ANXA2和COTL1的相對表達量。

細胞通訊結(jié)果顯示了ANXA2 +單核細胞與COTL1 +單核細胞以及其他細胞類型之間的細胞通訊數(shù)量和強度(圖7C-E)瓶蚂。在圖7F中糖埋，熱圖結(jié)果表明ANXA2 +單核細胞和COTL1 +單核細胞表現(xiàn)出更高的溝通概率，尤其是在半乳糖凝集素相關(guān)通路中窃这，差異最顯著瞳别。圖7G-H顯示了不同細胞類型與ANXA2和COTL1標記的單核細胞之間的配體-受體相互作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ANXA2 +單核細胞通過LGALS9-CD45祟敛、LGALS9-CD44和MIF-(CD74 + CXCR4)受體配體對與其他細胞類型結(jié)合疤坝。同樣，COTL1 +單核細胞通過LGALS9-CD45馆铁、LGALS9-CD44和MIF- (CD74 + CXCR4)受體配體與其他細胞建立聯(lián)系跑揉。此外，巨噬細胞和神經(jīng)元也可以通過各種配體-受體對與ANXA2 +單核細胞和COTL1 +單核細胞進行交流埠巨。ANXA2和COTL1在單核細胞中的代謝通路分析結(jié)果表明历谍，與ANXA2-單核細胞組和COTL1-單核細胞組相比，ANXA2 +單核細胞組和COTL1 +單核細胞組表現(xiàn)出更豐富的代謝通路

動物實驗驗證最優(yōu)基因

作者構(gòu)建了ICH的大鼠模型辣垒，ICH后望侈，血腫周圍組織中MDA的表達顯著增加，同時伴有T-SOD的表達水平降低(圖8A-B)乍构，提示腦出血后腦組織中OS活性增高甜无。為了評估ANXA2和COTL1在腦出血大鼠組織中的表達扛点，作者進行了蛋白質(zhì)印跡法和免疫熒光實驗哥遮。western blot結(jié)果顯示，與假手術(shù)組相比陵究，腦出血后ANXA2和COTL1的蛋白表達增加(圖8C-D)眠饮。免疫熒光結(jié)果顯示，ICH后铜邮，外周血進入腦組織仪召，激活小膠質(zhì)細胞，ANXA2表達上調(diào)松蒜，主要定位于周圍血腫組織的小膠質(zhì)細胞(圖8E)扔茅。此外，作者還觀察到腦出血后小膠質(zhì)細胞廣泛表達COTL1(圖8F)秸苗。Pearson相關(guān)系數(shù)顯示ANXA2和COTL1的表達與OS顯著相關(guān)召娜，具有高度的一致性(圖8G)。以上表明ANXA2和COTL1參與了ICH后觀察到的高OS過程惊楼。

研究總結(jié)：

在這項研究中玖瘸，作者在單細胞水平上重新定義了ICH后上調(diào)OS的基因集。此外檀咙，其將基因集與大量數(shù)據(jù)整合雅倒，通過機器學習算法識別ANXA2和COTL1兩個特征基因。在實驗方面弧可，作者構(gòu)建了了ICH大鼠模型蔑匣，評估了其在發(fā)生ICH后的OS活性， 并檢測了最優(yōu)基因ANXA2和COTL1的表達，評估了兩個基因與OS活性的相關(guān)性殖演，最后作者還通過免疫熒光發(fā)現(xiàn)了ICH大鼠腦組織中存在單核細胞浸潤大腦氧秘，以及兩個基因膠質(zhì)細胞中的高表達。上述結(jié)果可能對未來更好地理解ICH后的OS有重要意義趴久。