高脂血症与主动脉夹层之间的共同基因及其调控机制

《Clinical Therapeutics》：Common Genes Between Hyperlipidemia and Aortic Dissection and Their Regulatory Mechanisms

本研究旨在通过转录组测序和公共数据集分析，寻找高脂血症与主动脉夹层（AD）的共同枢纽基因IFI44L，并验证其在AngII刺激下通过巨噬细胞相关通路影响血管细胞功能障碍的机制。

　　

王萌|张凯|常超|白云鹏|陈同云|赵峰|陈庆良

天津医科大学胸科学院，天津，中国

摘要

目的

高脂血症是主动脉夹层（AD）的潜在风险因素，这是一种具有高死亡率的严重心血管急症。然而，将这两种情况联系起来的共同分子机制仍不甚清楚。本研究旨在识别共同的核心基因，并阐明它们在高脂血症和AD中的调控机制。

方法

通过对切除的升主动脉组织和正常升主动脉组织进行转录组测序，以识别与AD相关的差异表达基因（DEGs）。使用公开可用的数据集分析了与高脂血症相关的DEGs。通过外部数据集验证、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析、免疫浸润评估、转录因子（TF）预测和药物相互作用分析来识别共同的核心基因。在人主动脉平滑肌细胞（HASMCs）中，通过血管紧张素II（AngII）刺激，利用慢病毒介导的基因敲低和过表达、CCK-8测定、流式细胞术、Transwell迁移测定和ELISA进行了功能验证。

发现

根据转录组测序数据和公开可用的数据集，确定了两种疾病之间共有的99个DEGs。进一步的外部数据集验证显示，只有PIP5K1C、IFI44L、SUPT6H和CHD3在两种疾病的训练和验证数据集中存在差异表达，其中IFI44L被选为核心基因。该基因在两种疾病的诊断中表现优异（AUC > 0.8），并且与两种疾病中的M1巨噬细胞呈正相关。在HASMCs中的实验验证表明，AngII处理调节了IFI44L的表达。IFI44L敲低会加剧AngII诱导的细胞活力下降、增加凋亡、增强细胞迁移，并提高促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）的水平，而IFI44L过表达则可以减轻这些效应。IFI44L的表达在两种情况下都与M1巨噬细胞的浸润呈正相关。

意义

IFI44L是一个连接高脂血症和AD的关键共同基因，通过巨噬细胞相关途径影响血管细胞功能障碍和炎症反应。这些发现突显了IFI44L作为两种疾病潜在的诊断生物标志物和治疗靶点的潜力。

引言

主动脉夹层是一种致命的心血管急症，是由于血管壁内皮层破裂导致中膜和外膜分离引起的。^1,2作为一种相对罕见但灾难性的疾病，主动脉夹层每年影响500至300万人。³由于主动脉外膜自发破裂和致命出血的风险，主动脉夹层可能导致大量死亡。如果不进行治疗，24小时内的死亡率可达到33%，48小时内可上升至50%。⁴已经确定了主动脉夹层的许多常见原因，包括高血压、动脉粥样硬化、二尖瓣主动脉瓣畸形，以及遗传性疾病（如马凡氏综合征）、高龄和医源性原因。^5,6然而，主动脉夹层的确切病因仍不清楚。

高脂血症是由于人体脂质代谢紊乱而引起的一种常见病理状态。结果，血清脂质浓度可能超过正常水平。⁷高脂血症是动脉粥样硬化性心血管疾病的促成因素⁸，并与多种健康问题相关，如糖尿病、高血压和肥胖。⁹越来越多的证据表明，高脂血症引起的心脏脂质积累会促进氧化损伤和炎症性心肌纤维化，导致心肌细胞线粒体功能障碍，并降低自噬和微血管密度，从而引起心脏功能障碍和电生理变化。¹⁰总之，高脂血症严重威胁公共卫生，并是多种心血管疾病（如动脉粥样硬化）发生的原因，这也可能导致主动脉夹层的形成。许多脂质沉积在主动脉内皮层下，被平滑肌细胞和巨噬细胞吞噬，导致内皮层显著增厚。内皮层增厚增加了内皮层与中膜之间的距离，从而影响营养和氧气的供应。纤维化可能阻塞为小血管供血的血管，导致中膜变薄，随后由于平滑肌细胞坏死而发生坏死。内皮层完整性因细胞外基质的降解而受损。因此，血管内皮层在斑块边缘容易破裂。这些变化导致血管硬度增加，使血管更容易受到剪切应力的影响，最终促进主动脉夹层的形成。¹¹基于上述数据，高脂血症和主动脉夹层之间存在潜在的关系。然而，共同的基因及其调控机制尚未得到全面阐述。

在此研究中，使用切除的升主动脉组织和正常升主动脉组织进行了转录组测序，并识别了与主动脉夹层相关的DEGs。为此，我们下载了公开可用的微阵列数据来分析与高脂血症相关的DEGs。然后通过外部数据集验证确定了两种疾病之间的共同DEGs，随后进行了有效性评估、PPI网络分析、免疫浸润关联分析、TF预测和小分子药物分析。这些核心基因及其相关机制可能为这两种疾病的潜在生物标志物或治疗靶点提供新的见解。

样本收集

本研究招募了六名因急性主动脉夹层接受紧急手术的患者。切除的升主动脉标本是在手术过程中收集的。还从器官捐赠者处获得了六份正常的升主动脉标本。由于获取正常主动脉组织的困难，初始转录组测序的样本量有限。

统计分析

所有定量数据均以至少3次独立实验的平均值±标准差（SD）表示。统计分析使用R软件（版本4.2.0）和GraphPad Prism（版本9.0）进行。对于两组之间的比较，应用了学生t检验（适用于正态分布的数据）。基因的差异表达分析使用limma包进行，显著性阈值设为<0.05的假发现率（FDR）。接收者操作

两种疾病之间共同基因的分析

基于差异表达分析，获得了切除的升主动脉和正常升主动脉样本之间的2,966个DEGs（图1A），以及高脂血症和正常样本之间的603个DEGs（图1B）。维恩图分析显示两种疾病之间有99个共同的DEGs（图1C）。

功能富集分析

为了探究这些共同DEGs的功能，我们进行了功能富集分析。这些共同DEGs在257个GO生物过程中有显著的富集

讨论

主动脉夹层是一种具有高死亡率的严重疾病。高脂血症与许多健康问题相关，如动脉粥样硬化和高血压；这些问题是导致主动脉夹层的共同因素。然而，高脂血症和主动脉夹层之间的潜在联系和共同机制仍不清楚。因此，阐明高脂血症和主动脉夹层之间的共同机制可能为预防提供潜在的生物标志物

结论

总之，发现了高脂血症和主动脉夹层之间的一个共同核心基因，以及相关的转录因子、免疫细胞和潜在的小分子药物。本研究提出了一个可验证的机制假设，并为未来的实验验证确定了优先目标。这些发现可能有助于预防和治疗这两种疾病。

资助

本工作得到了天津市科技计划项目（编号：23JCQNJC01380）和天津市科技计划项目（编号：21JCZDJC00610）以及天津市重点医学学科（专科）建设项目（编号：TJYXZDXK-042A）和天津市自然科学基金重点项目（编号：21JCZDJC00610）的支持。

数据可用性

本研究中生成和/或分析的数据集可在GEO存储库中找到，https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE267434。

作者贡献

王萌和张凯撰写了主要手稿。常超和白云鹏负责数据收集。陈同云和赵峰负责制作图表和表格。陈庆良负责结果的分析和解释。所有作者都审阅了结果并批准了手稿的最终版本。所有作者都会被告知手稿处理的每个步骤，包括提交、修订、修订提醒等。

伦理声明

该项目获得了天津胸科医院伦理委员会的批准（编号：2023KY-028-01）。所有程序均遵循机构和/或国家研究委员会的伦理标准以及1964年赫尔辛基宣言及其后续修订版或类似的伦理标准。