冠状动脉粥样硬化性心脏病患者心外膜脂肪组织的生物信息学分析 后印本

摘要: 目的：通过生物信息学方法挖掘冠状动脉粥样硬化性心脏病（Coronary artery disease，CAD）患者心外膜脂肪组织（Epicardial adipose tissue，EAT）中的关键基因，通过富集分析、构建蛋白-蛋白互相作用网络，探讨免疫细胞浸润情况，联合CAD患者外泌体（Exosome）差异表达基因推测EAT来源外泌体差异表达基因并进行验证，从细胞及分子水平上探讨EAT在CAD疾病过程中的作用机制。方法：从GEO数据库下载GSE64554、GSE120774数据集，根据临床信息将心外膜脂肪组织的测序数据分为冠心病组和对照组，利用R语言及相关软件包进行生物信息学分析。首先获取CAD患者与对照组EAT间差异表达基因，并进行富集分析，构建蛋白-蛋白相互作用网络，以评估所选基因的生物学功能及可能参与其调控的转录因子。构建GSE64554数据集中心外膜脂肪组织的加权基因共表达网络（Weighted gene co-expression network analysis, WGCNA），获取同冠心病表型相关的基因模块，将所获EAT间差异表达基因与模块内Hub基因取交集获得关键基因，同时通过Cibersort反卷积算法对EAT组织的免疫细胞浸润情况进行分析。通过exoRbase数据库获取CAD患者与健康对照组血液外泌体间差异表达基因，CAD患者同健康对照组EAT间差异表达基因与CAD患者同健康对照组外泌体间差异表达基因区交集，将其作为CAD的诊断治疗标记物并收集临床样本通过rt-qPCR对其进行验证。对所选基因进行GO/KEGG富集分析和Metascape富集分析。结果：获得心外膜脂肪组织间差异表达基因1511个，其中表达上调的基因956个，表达下调的基因555个。构建EAT组织表达谱的加权基因共表达网络，获得同CAD表型相关的模块，将模块内Hub基因与差异表达基因取交集获得EAT在CAD发生发展中的关键基因DDX47、FEM1C、NOL11、SRP54、ABI1、PATL1、BNIP2、 C1orf159、CHCHD4。免疫细胞浸润分析显示，CAD患者EAT中幼稚CD4+ T细胞丰度升高而静息树突状细胞表达丰度减低（P ＜ 0.05）。获得CAD患者外泌体差异基因1658个，其中表达上调的基因278个，表达下调的基因1380个，将所获EAT间差异表达基因与外泌体间差异表达基因交集，共获得129个基因，选取表达丰度较高的BPI、BIRC5、CXCL12、RNASE1、F2R作为CAD患者潜在诊断治疗标记物，并同过rt-qPCR进行验证。GO/KEGG富集分析表明EAT间差异表达基因主要富集于细胞质基质、MHC蛋白复合物、RNA降解、抗原加工和呈递等，构建PPI网络，通过Cytoscape软件Cytohubba插件MCC算法获得连接度最高的基因RPS27A。Metascape富集分析差异表达基因主要富集于细胞对DNA损伤刺激反应、RNA代谢、调节细胞对压力的反应、适应性免疫系统等，TRRUST数据库预测CIITA转录因子可能参与了EAT间差异表达基因的调控。结论：（1）心外膜脂肪组织可能通过促炎和免疫途径参与CAD的发生发展，DDX47、FEM1C、NOL11、SRP54、ABI1、PATL1、BNIP2、C1orf159、CHCHD4、RPS27A可能作为关键基因并发挥重要作用。（2）CAD患者EAT中幼稚CD4+ T细胞丰度升高而静息树突状细胞表达丰度减低。（3）BPI、BIRC5、CXCL12、RNASE1、F2R可能由心外膜脂肪组织分泌并可作为CAD的诊断标记物。