**雜志： **COMPUTERS IN BIOLOGY AND MEDICINE
**影響因子： **7
研究概述：
背景：擴張型心肌病(DCM)是心衰的常見原因。然而瓶摆，細胞衰老在DCM中的作用尚未完全闡明凉逛。本文旨在研究DCM的衰老，鑒定衰老相關的特征基因群井，并探索潛在的治療DCM的小分子化合物状飞。
方法：作者分別從Gene Expression Omnibus (GEO)數(shù)據(jù)庫和CellAge數(shù)據(jù)庫中獲取DCM相關數(shù)據(jù)集和衰老相關基因。通過加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡分析(WGCNA)书斜、最小絕對收縮和選擇算子(LASSO)和隨機森林等方法鑒定特征基因诬辈。在小鼠DCM模型中驗證了特征基因的表達。應用CIBERSORT算法對DCM的免疫特性進行了分析荐吉。最后焙糟，通過CMap分析預測了幾種治療性化合物，并通過分子對接和分子動力學模擬研究了綠原酸(CGA)的潛在作用機制样屠。
結(jié)果：通過綜合轉(zhuǎn)錄組分析最終鑒定出3個與DCM和衰老相關的特征基因(MME穿撮、GNMT和PLA2G2A)，并在阿霉素誘導的小鼠DCM中進行了實驗驗證痪欲。建立的診斷模型對DCM具有較好的診斷效果悦穿。免疫細胞浸潤分析提示DCM炎癥失調(diào)，特征基因與侵襲性免疫細胞顯著相關业踢。最后栗柒，基于DCM的特異性基因表達譜，通過CMap分析預測了幾種潛在的治療化合物陨亡。此外傍衡，分子對接和分子動力學模擬表明，CGA可以結(jié)合到MME蛋白的活性口袋上负蠕。
研究流程圖：
研究結(jié)果：
鑒定DCM中與衰老相關的差異基因
作者首先對我們首先對訓練數(shù)據(jù)集GSE57338進行主成分分析蛙埂，結(jié)果顯示對照組和DCM組之間存在明顯的特征(圖2A)。共鑒定出314個差異基因（deg）遮糖，其中上調(diào)154個绣的，下調(diào)160個(圖2B)。采用分層聚類算法對每個比較組的deg進行分析，并以熱圖的形式進行可視化(圖2C)屡江。然后進行GO和KEGG富集分析芭概，以探索與DEGs相關的生物學功能和信號通路（圖2D-F）。KEGG富集結(jié)果表明惩嘉，DEGs在“PI3K-Akt信號通路”罢洲、“JAK-STAT信號通路”、“TNF信號通路”等通路中顯著富集(圖2G)文黎。作者將收集的866個衰老相關基因與deg相交后惹苗，鑒定出25個與衰老相關的差異基因（DESRGs）。Spearman相關分析顯示DESRGs之間存在顯著的相互作用(圖2I)耸峭。作者對以上25個基因進行了再次的GO和KEGG分析（圖2J&K）桩蓉，發(fā)現(xiàn)與已發(fā)表的相關文獻結(jié)果一致——衰老心肌可誘導并伴隨二倍體細胞有絲分裂停止、炎癥浸潤劳闹、心肌纖維化和細胞死亡院究。
鑒定與DCM相關的基因模塊
WGCNA用于鑒定與DCM顯著相關的基因模塊（圖3A&B）。將特征基因高度相關的模塊合并后本涕，最終鑒定出16個基因模塊(圖3C和D)业汰，并對模塊-性狀關系進行評估和可視化。紅色模塊和棕色模塊與DCM的正相關性最高菩颖；相反蔬胯，黑色模塊和粉紅色模塊與DCM負相關性最大(圖3E)。此外位他，以上四個模塊的模組隸屬度(MM)與基因顯著性(GS)的相關性均顯著(圖3F-I)氛濒。故，作者從上述模塊中選出2207個基因作為DCM相關的關鍵基因進行后續(xù)分析鹅髓。
機器學習法篩選與DCM相關的核心基因
作者使用LASSO回歸（圖4A-B）和RF(圖4E)兩種機器學習算法從25個DESRGs中鑒定出與DCM和衰老相關的特征基因舞竿。ROC曲線顯示該模型具有理想的診斷性能(圖4C)。最后窿冯，LASSO回歸鑒定出13個樞紐基因骗奖，包括BCL6、PLA2G2A醒串、MME执桌、STAT3、TEAD4芜赌、GNMT仰挣、MTHFD2、JAK2缠沈、CRISPLD2膘壶、BCL3错蝴、NQO1、HOPX和SERPINE1颓芭。對于RF算法顷锰，將診斷誤差可視化，并根據(jù)變量重要性對候選基因進行降序排序(圖4D和E)亡问。MeanDecreaseGini >4的基因被確定為重要基因官紫，包括BCL6、STAT3州藕、TEAD4万矾、MME、NAMPT慎框、PLA2G2A、GNMT后添、SAMHD1和MTHFD2笨枯。將LASSO和RF算法以及WGCNA分析后的基因取交集（圖4F），得到三個特征基因MME遇西、PLA2G2A馅精、GNMT（圖4G）。為了進一步揭示三個特征基因(PLA2G2A粱檀、MME和GNMT)的生物學功能和信號通路洲敢，作者使用單基因GSEA方法對每個基因進行GO和KEGG富集分析，發(fā)現(xiàn)這些特征基因可能在細胞衰老茄蚯、細胞存活压彭、免疫浸潤和代謝的調(diào)控中發(fā)揮重要作用（見文獻文章Fig.5）。
構(gòu)建DCM的診斷列線圖
作者利用“rms”包構(gòu)建了基于特征基因的DCM診斷譜圖渗常。在nomogram中壮不，每個基因?qū)粋€評分，3個基因的總分被用來預測DCM的風險(圖5A)皱碘。校正曲線顯示询一，nomogram預測概率與理想模型的預測概率基本一致(圖5B)，決策曲線分析表明癌椿，根據(jù)nomogram進行決策是有益的(圖5C)健蕊。訓練隊列表達分析顯示，DCM中MME表達顯著上調(diào)踢俄，PLA2G2A和GNMT表達明顯下調(diào)(圖5D);三個樞紐基因均表現(xiàn)出良好的診斷性能:PLA2G2A缩功、MME和GNMT的ROC曲線下面積(AUC)值分別為0.88、0.897和0.857(圖5E-G)都办；基于三個樞紐基因的nomogram診斷效果較好掂之，AUC值為0.96(圖5H)抗俄。此外在文章圖7中作者還在其他三個數(shù)據(jù)集中驗證了三個特征基因的表達和診斷性能，評估結(jié)果表示基于三個樞紐基因的nomogram診斷效果較好世舰，AUC值均在0.9以上动雹。不僅如此，作者還構(gòu)建了DOX誘導的小鼠DCM模型跟压，并進行了qRT-PCR分析胰蝠，與生物信息學分析結(jié)果一致，小鼠DCM中MME的表達顯著上調(diào)震蒋，而GNMT和PLA2G2A明顯下調(diào)(圖6G-I)茸塞。
免疫浸潤分析
考慮到衰老可以誘導衰老相關的分泌表型（SASP）和炎癥，作者對上述樣本進行了免疫浸潤分析查剖，發(fā)現(xiàn)與對照組比較钾虐，DCM組肥大細胞靜止、漿細胞和T細胞CD8比例增高笋庄；然而效扫，巨噬細胞M2、單核細胞直砂、T細胞CD4記憶靜息和T細胞調(diào)節(jié)性(Tregs)的比例較低(圖7B)菌仁。相關分析顯示，T細胞調(diào)節(jié)性(Tregs)静暂、B細胞和T細胞CD4記憶靜息呈顯著正相關;漿細胞济丘、巨噬細胞M2和單核細胞呈顯著負相關(圖7C)。我們進一步探索了免疫細胞與三個樞紐基因之間的相關性洽蛀，熱圖(圖7D)顯示巨噬細胞M2和T細胞CD8在心肌組織中占很大比例摹迷，并且都與三個特征基因顯著相關(圖7E-J)，提示這兩種免疫細胞可能在DCM的進展中發(fā)揮更重要的作用郊供。
鑒定治療DCM的候選小分子藥物
為了進一步探索可能逆轉(zhuǎn)DCM基因表達模式并發(fā)揮治療作用的潛在小分子化合物泪掀，作者利用 CMap數(shù)據(jù)庫篩選評分前10的化合物，分別是tyrphostin-AG-1295颂碘、QX222异赫、雌激素、ABT-751头岔、灰黃霉素塔拳、ON-01910、拉帕替尼峡竣、SJ-172550靠抑、地塞米松和U-0124。此外适掰，有研究報道小分子化合物CGA具有抗衰老和保護心血管作用颂碧。而樞紐基因其一MME可以介導多種細胞的衰老荠列。在本文中作者還探討了CGA與MME之間的關系， 分析對接分析表明CGA與MME之間具有很強的結(jié)合親和力（圖8A）载城。隨后肌似，作者進行了分子對接模擬來研究MME/CGA結(jié)合相互作用的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和構(gòu)象靈活性。如圖8B所示诉瓦，在模擬過程中川队，該蛋白的RMSD沒有明顯波動，暗示蛋白結(jié)構(gòu)沒有坍塌睬澡，說明小分子CGA可以連續(xù)結(jié)合到蛋白MME的口袋上固额。值得注意的是，在72 ns時煞聪，通過構(gòu)象調(diào)整獲得了更優(yōu)化的結(jié)合姿態(tài):小分子的整體結(jié)合位置保持不變斗躏，但苯環(huán)基團向內(nèi)移動，使得結(jié)合更加穩(wěn)定(圖8C)昔脯。該蛋白的RMSF幾乎都在2 ?以內(nèi)啄糙，說明該蛋白的主體結(jié)構(gòu)是剛性的(圖9D)。作者還監(jiān)測了配體和蛋白質(zhì)之間氫鍵的數(shù)量栅干。如圖9E所示，在模擬過程中捐祠，MME/CGA復合物中形成了1 ~ 9個氫鍵碱鳞，大部分為4個，說明氫鍵對配體與蛋白質(zhì)的穩(wěn)定結(jié)合起到了重要的作用踱蛀。此外窿给，MM/GBSA (kcal/mol)預測的結(jié)合自由能和能量組分。MME/ CGA的結(jié)合自由能為-27.10±3.56 kcal/mol率拒，表明其具有較強的配體-蛋白結(jié)合穩(wěn)定性崩泡。
研究總結(jié)：
該研究通過綜合轉(zhuǎn)錄組分析，鑒定出3個衰老相關特征基因(MME猬膨、PLA2G2A角撞、GNMT)，并在小鼠DCM模型中驗證其表達勃痴。在此基礎上谒所，構(gòu)建了一種具有較理想診斷性能的諾瓦圖。此外沛申，免疫細胞浸潤分析提示DCM存在炎癥如M1/M2巨噬細胞異常極化劣领，其與三個特征基因表達也存在相關性。最后铁材，作者通過CMap數(shù)據(jù)庫篩選了幾種潛在的小分子治療藥物;分子對接分析和MD模擬表明尖淘，CGA可能通過穩(wěn)定結(jié)合MME蛋白的活性口袋發(fā)揮MME抑制劑的作用奕锌。總的來說村生，這是第一個提出基于衰老的DCM診斷圖的報告惊暴，并討論了CGA治療DCM和心力衰竭的潛在新機制。
