影響因子：8.44

關(guān)于非腫瘤生信习绢，我們也解讀過很多渠抹，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)合免疫浸潤闪萄，熱點基因集梧却，機(jī)器學(xué)習(xí)算法等。
3 兩種相關(guān)疾病聯(lián)合分析败去，包括非腫瘤結(jié)合非腫瘤放航，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(xì)胞結(jié)合普通轉(zhuǎn)錄組生信分析

研究概述：

糖尿病性心肌病(DCM)是糖尿病常見的心血管并發(fā)癥之一，也是糖尿病患者死亡的主要原因之一圆裕。線粒體代謝和免疫炎癥是DCM發(fā)病的關(guān)鍵三椿，但它們在DCM中的相互作用仍懸而未決。

本研究利用生物信息學(xué)方法探討了線粒體代謝和免疫微環(huán)境在DCM中的獨(dú)立作用及相互作用葫辐，首先從GEO的3個DCM相關(guān)微陣列數(shù)據(jù)集中獲得了DEGs搜锰，發(fā)現(xiàn)DEGs富集于線粒體代謝、免疫炎癥和膠原合成相關(guān)通路耿战，為驗證發(fā)現(xiàn)建立了DCM大鼠模型蛋叼，全文旨在分析線粒體代謝和免疫失調(diào)在DCM發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用，并探索相關(guān)靶點。結(jié)果可能有助于更好地理解DCM中的線粒體代謝狈涮、免疫及其相互作用狐胎。

流程圖：

研究結(jié)果：

一、DCM中的DEGs和功能富集分析

1. 將差異分析可視化為火山圖和熱圖(圖2a-f)歌馍，與正常樣本相比握巢，DCM樣本中：

GSE4745數(shù)據(jù)集中有293個DEGs，上調(diào)基因有149個松却，下調(diào)基因有144個;

GSE5606數(shù)據(jù)集中有544個DEGs暴浦，上調(diào)基因269個，下調(diào)基因275個;

GSE6880數(shù)據(jù)集中有463個DEGs晓锻，其中上調(diào)基因262個歌焦，下調(diào)基因201個。

2. GSEA顯示砚哆，三個數(shù)據(jù)集中的DEGs主要參與脂質(zhì)和脂肪酸代謝及免疫相關(guān)通路独撇，包括脂質(zhì)代謝、PPARα對脂質(zhì)代謝的調(diào)控躁锁、脂肪酸代謝纷铣、不飽和脂肪酸的生物合成、抗原加工和呈遞战转、MHC II類抗原呈遞搜立、內(nèi)源性配體對TLR的調(diào)控、補(bǔ)體激活(圖2g-n)匣吊。

此外，膠原合成寸潦、膠原原纖維組裝和氧化應(yīng)激相關(guān)途徑也被富集色鸳。

3. DEGs富集的GO通路分為生物過程(Biological Process, BP)、細(xì)胞成分(Cellular Component, CC)和分子功能(Molecular Function, MF)见转，主要包括線粒體功能及成分命雀、能量代謝、炎癥免疫斩箫、缺氧及氧化還原反應(yīng)吏砂、膠原合成、胰島素敏感性等(圖3a-f)乘客。

4. DEGs富集的KEGG通路以線粒體代謝與功能狐血、缺氧與氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)生成易核、免疫等通路為主(圖3g-l)匈织。

二、DCM 中的線粒體相關(guān)DEGs

1. 在MitoCarta3.0數(shù)據(jù)庫中檢索線粒體相關(guān)基因，在3個數(shù)據(jù)集中選取與DEGs重疊的基因作為MitoDEGs（MitoCarta3.0數(shù)據(jù)庫收錄了1136個人類和1140個小鼠的蛋白編碼基因缀匕，這些基因均定位在線粒體定位上）纳决。GSE4745數(shù)據(jù)集有32個 (15個上調(diào)，17個下調(diào))乡小， GSE5606數(shù)據(jù)集有34個 (18個上調(diào)阔加，16個下調(diào))， GSE6880數(shù)據(jù)集有25個 (14個上調(diào)满钟，11個下調(diào))(圖4c-e)胜榔。

2. 將每個數(shù)據(jù)集的MitoDEGs進(jìn)行組合，得到67個重疊的MitoDEGs零远，與正常樣本相比苗分，DCM樣本中表達(dá)上調(diào)的基因有35個，表達(dá)下調(diào)的基因有32個牵辣。

三摔癣、PPI網(wǎng)絡(luò)分析和樞紐線粒體相關(guān)DEGs識別

1. 使用STRING數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析67個MitoDEGs的PPI，并與Cytoscape進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可視化(圖4f)纬向。一個由9個節(jié)點和17個邊組成的模塊被鑒定為顯著性模塊(圖4g)择浊，基因參與的模塊有：Acsl6、Acadsb逾条、Decr1琢岩、Ivd、Oxct1担孔、Gpam糕篇、Pdk4、Hmgcs2拌消、Acot2。

2. 利用插件CytoHubba的MCC算法安券，從PPI網(wǎng)絡(luò)中鑒定出10個候選樞紐基因墩崩，包括Cpt1a、Hsd17b4、Hmgcs2啊鸭、Acadsb赠制、Decr1钟些、Acot2、Gpam、Oxct1宪赶、Acsl6和Ivd(圖4h)邓厕。

3. 結(jié)合上述結(jié)果，最終獲得Acadsb赚哗、Hmgcs2贿讹、Hsd17b4民褂、Gpam面殖、Acot2、Ivd乌企、Decr1虽画、Cpt1a、Acsl6、Oxct1终惑、Pdk4等11個候選樞紐基因溜宽。

四留攒、Hub MitoDEGs與DCM/HF的關(guān)系及hub MitoDEGs -TFs- miRNAs調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

1. Cpt1a、Gpam剪侮、Hmgcs2和Acadsb與DCM的相關(guān)性最高汤善，而Cpt1a、Pdk4票彪、Gpam和Hmgcs2與HF的相關(guān)性最高(圖5a红淡，b)。

2. c圖是 TF-hub MitoDEGs調(diào)控網(wǎng)絡(luò):紅色方格為hub MitoDEGs降铸，黃色圓點為19個轉(zhuǎn)錄因子在旱。對樞紐MitoDEGs的miRNA進(jìn)行預(yù)測，生成一個包含299個節(jié)點和569條邊的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(圖5d)：紅色方格代表hub MitoDEGs推掸，紫色圓點代表miRNA桶蝎。

3. 有三種miRNAs，包括①與Ivd谅畅、Acsl6登渣、Acot2和Hmgcs2相互作用的miR-298-5p;

②與Oxct1、Ivd毡泻、Cpt1a和Acsl6相互作用的miR-30c-1-3p;

③與Oxct1胜茧、Cpt1a、Acsl6和Hmgcs2相互作用的miR344b-5p仇味。但還需要進(jìn)一步的驗證呻顽。

五、DCM中的免疫細(xì)胞浸潤

1. 使用ImmuCellAI算法分析得出DCM組與CON組9種免疫細(xì)胞心肌浸潤情況差異有統(tǒng)計學(xué)意義丹墨。DCM組中B細(xì)胞廊遍、邊緣區(qū)B和記憶B的含量更高，而CON組中顆粒細(xì)胞贩挣、樹突狀細(xì)胞喉前、MoDC、cDC1王财、pDC和cDC2的含量更高(圖6a-c)卵迂。

2. 進(jìn)一步分析DCM中浸潤的免疫細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞間存在多重相關(guān)性(圖6d)搪搏。相關(guān)程度用分?jǐn)?shù)表示狭握。CD4 T細(xì)胞與幼稚CD4 T細(xì)胞的協(xié)同作用最強(qiáng)(0.99)闪金，其次是CD4 T細(xì)胞與T輔助細(xì)胞(0.98)疯溺，CD8 T cm與CD8 T ex (0.98)论颅， 幼稚CD4 T與T輔助細(xì)胞(0.97)。

相比之下囱嫩，幼稚 CD8 T與B細(xì)胞之間的競爭效應(yīng)最強(qiáng)(-0.72)恃疯，其次是pDC和Marginal Zone B (-0.69)，Naive CD8 T與Memory B(-0.69)墨闲。

六今妄、MitoDEGs/hub MitoDEGs與免疫細(xì)胞的關(guān)系

1. 圖7a, b顯示MitoDEGs有35個上調(diào)，32個下調(diào)鸳碧。

2. 圖7c顯示在11個樞紐MitoDEGs中：

Pdk4與邊緣區(qū)B呈正相關(guān)盾鳞，而與cDC2, MoDC和pDC呈負(fù)相關(guān)。

Oxct1與pDC和CD8 Tem呈正相關(guān)瞻离，Ivd與CD8 Tem呈正相關(guān)腾仅，

Hsd17b4與邊緣區(qū)B、M2巨噬細(xì)胞呈正相關(guān)套利，與cDC2推励、MoDC、pDC呈負(fù)相關(guān);

Hmgcs2與邊緣區(qū)B肉迫、M2巨噬細(xì)胞呈正相關(guān)验辞，與粒細(xì)胞、cDC2呈負(fù)相關(guān);

Gpam與樹突狀細(xì)胞喊衫、粒細(xì)胞跌造、cDC1和MoDC呈負(fù)相關(guān);

Decr1與邊緣區(qū)B、M2巨噬細(xì)胞呈正相關(guān)族购，與粒細(xì)胞鼻听、cDC2、pDC呈負(fù)相關(guān);

Cpt1a與樹突狀細(xì)胞联四、cDC1撑碴、MoDC和pDC呈負(fù)相關(guān);

Acsl6與pDC、嗜酸性粒細(xì)胞和CD8 T em呈正相關(guān);

Acot2與樹突狀細(xì)胞和cDC1呈負(fù)相關(guān)朝墩。

七醉拓、DCM大鼠的一般生物學(xué)和超聲心動圖特征

1. 造模過程中，DCM組高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠體重顯著高于CON組收苏，且在注射STZ2周后開始有下降趨勢亿卤，明顯低于組織采樣前的CON組(圖8a)。

2. STZ誘導(dǎo)1周后DCM組血糖開始升高鹿霸，整個建模過程中血糖水平始終高于CON組(圖8b)排吴。

3. 超聲心動圖顯示，與CON組比較懦鼠，DCM組EF%钻哩、FS%明顯降低屹堰， LVIDs明顯升高。此外街氢，兩組間LVIDd略有差異(圖8c-h)扯键。

4.與CON組相比，DCM組按體重標(biāo)準(zhǔn)化的心臟重量(HW/BW)和按脛骨長度標(biāo)準(zhǔn)化的心臟重量(HW/TL)均顯著增加(P < 0.05珊肃，圖8i, j)荣刑。

八、DCM大鼠Hub MitoDEGs表達(dá)的實驗驗證

1. 使用qRT-PCR檢測伦乔，與CON組相比厉亏，DCM組Pdk4、Hmgcs2烈和、Decr1的表達(dá)顯著升高叶堆，而Ivd在DCM組的表達(dá)則顯著降低 (上圖8k)。

2. 通過蛋白質(zhì)免疫印跡和免疫組化進(jìn)一步驗證顯示斥杜，Pdk4虱颗、Hmgcs2、Decr1蔗喂、Ivd蛋白表達(dá)水平與mRNA表達(dá)水平一致 (上圖8l-n)忘渔。

九. Hub MitoDEGs與心功能的關(guān)系

1. 進(jìn)一步分析在DCM組和CON組中表達(dá)差異明顯的四種hub MitoDEGs (Pdk4、Hmgcs2缰儿、Decr1和Ivd)與EF%畦粮、FS%和LVIDs的相關(guān)性。

2. Pdk4的PCR循環(huán)數(shù)與EF%和FS%呈極顯著正相關(guān)乖阵，但與LVIDs呈極顯著負(fù)相關(guān);

Hmgcs2 宣赔、Decr1的PCR循環(huán)數(shù)與EF%和FS%呈極顯著正相關(guān);

lvd的PCR循環(huán)數(shù)與EF%和FS%呈極顯著負(fù)相關(guān)，但與LVIDs呈極顯著正相關(guān) (圖8o)瞪浸。

總體上儒将，表達(dá)上調(diào)的Pdk4、Hmgcs2对蒲、Decr1和表達(dá)下調(diào)的DCM心肌組織中的Ivd與心功能降低高度相關(guān)钩蚊。

研究總結(jié)：

本研究首次應(yīng)用線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)權(quán)威數(shù)據(jù)庫MitoCarta 3.0獲取線粒體相關(guān)基因，通過綜合生物信息學(xué)分析蹈矮，確定了DCM和CON之間線粒體相關(guān)基因和免疫細(xì)胞浸潤的差異砰逻；首次發(fā)現(xiàn)線粒體代謝與免疫微環(huán)境的相互作用员舵，另外腻脏，4個樞紐基因Pdk4乞而、Hmgcs2知残、Decr1、Ivd的篩選和驗證為深入探索DCM免疫代謝和探索醫(yī)學(xué)干預(yù)的新靶點提供了新的思路纹因。