转录组学分析揭示雄性ApoE-/-小鼠主动脉粥样硬化中与巨噬细胞自噬溶酶体相关的关键基因

Transcriptomics Analysis Revealed Key Genes Associated with Macrophage Autophagolysosome in Male ApoE-/- Mice Aortic Atherosclerosis.

作者信息Meirong Zhu, Tongyu Jin, Ding Wu, Shanchao Zhang, Aihua Wang
PMID37965353
发布时间2023-11-09
DOI10.2147/JIR.S426155

实验完整度

包含动物模型转录组测序、差异表达分析、PPI网络、人类数据集验证、qRT-PCR和免疫荧光验证,但缺乏功能验证和机制验证,未进行体外或体内干预实验。

主要模型

ApoE-/-雄性小鼠主动脉粥样硬化模型 颈动脉粥样硬化患者组织样本(GSE100927数据集)

重点核对

ApoE-/-小鼠性别为雄性,周龄8周,饮食处理(西方饮食或正常饮食)6周或22周 RNA-seq样本量n=4,qRT-PCR样本量n=6,免疫荧光n=3 差异表达基因筛选阈值:adj.P < 0.05 且 |logFC| > 1.0 hub基因表达验证使用人类数据集GSE100927(29例颈动脉粥样硬化组织 vs 12例正常颈动脉组织) qRT-PCR内参基因使用β-actin

摘要

目的:动脉粥样硬化(AS)是心脑血管疾病最常见的原因。然而,动脉粥样硬化斑块进展的机制仍不清楚。本研究旨在探讨ApoE−/−雄性小鼠主动脉中与动脉粥样硬化发展相关的基因,这些基因可作为阻止斑块进展干预措施的新型生物标志物和治疗靶点。方法:将8周龄ApoE−/−小鼠喂食正常纯化实验室饲料或西方饮食(WD)6周或22周。利用高通量测序技术分析了四组暴露于不同饮食条件的小鼠主动脉的转录组。我们从基因表达综合(GEO)数据库检索并下载了人类动脉硬化疾病芯片数据集GSE100927,并选取29例颈动脉粥样硬化病变和12例正常颈动脉组织分别作为实验组和对照组,以进一步验证我们的数据集。此外,我们使用定量逆转录聚合酶链反应(QT-PCR)验证了动脉粥样硬化小鼠模型中核心基因的表达水平。结果:ApoE−/−雄性小鼠AS22W组与Sham22W组之间有265个差异表达基因(DEGs)。除了众所周知的炎症和免疫反应激活外,自噬-溶酶体系统也是影响动脉粥样硬化发展的重要因素。我们在蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络中鉴定了五个与自噬体密切相关的核心基因(Atp6ap2、Atp6v0b、Atp6v0d2、Atp6v1a和Atp6v1d)。Hub基因在GSE100927数据集的颈动脉粥样硬化组中高表达(P < 0.001)。QT-PCR显示,在ApoE−/−雄性小鼠动脉粥样硬化斑块发展过程中,Atp6v0d2的RNA水平显著增加。结论:通过生物信息学技术筛选并鉴定了五个通过自噬-溶酶体系统影响主动脉粥样硬化发展的核心基因,尤其是Atp6v0d2。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
动脉粥样硬化斑块进展的分子机制尚不清楚,本研究旨在通过转录组分析鉴定与主动脉粥样硬化发展相关的关键基因,可能作为新型生物标志物和治疗靶点。
核心机制
自噬-溶酶体系统在动脉粥样硬化发展中起重要作用,核心基因Atp6v0d2可能通过调节动脉粥样硬化巨噬细胞自噬影响斑块进展,其上调是压力超负荷的补偿性保护反应。
主要证据
ApoE-/-小鼠主动脉转录组测序鉴定出265个差异表达基因,PPI网络分析得到5个与自噬体相关的核心基因,在人类数据集GSE100927中高表达(P<0.001),qRT-PCR验证Atp6v0d2和Atp6v1a在斑块进展中表达上调,免疫荧光证实Atp6v0d2与巨噬细胞标志物CD68共定位。
研究意义
本研究为动脉粥样硬化提供了潜在治疗靶点,尤其是Atp6v0d2,其作用机制需进一步研究,未来研究将阐明Atp6v0d2在体内外影响动脉粥样硬化巨噬细胞自噬的机制,为动脉粥样硬化治疗提供新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与分组

建立不同阶段的动脉粥样硬化小鼠模型,为后续转录组分析提供样本。

8周龄雄性ApoE-/-小鼠分为四组(n=12),分别喂食西方饮食(WD)或正常纯化饮食(AIN93M)6周或22周。

2

主动脉转录组测序

获取不同饮食处理组小鼠主动脉的转录组数据,以识别差异表达基因。

从主动脉根部至髂动脉分叉处分离主动脉,液氮速冻后进行RNA-seq(n=4),使用Illumina Novaseq 6000平台PE150模式测序。

3

差异表达基因和富集分析

鉴定AS22W与Sham22W组间的差异表达基因,并分析其生物学功能和通路。

使用Network analyst进行差异表达分析,筛选标准为adj.P<0.05且|logFC|>1.0。使用clusterProfiler进行GO和KEGG富集分析,使用GSEA和GSVA分析通路富集。

4

PPI网络和hub基因鉴定

通过蛋白质-蛋白质相互作用网络鉴定与动脉粥样硬化发展相关的核心基因。

使用STRING数据库构建DEGs的PPI网络,使用CytoHubba插件计算MNC值,选择前9个基因作为hub基因。

5

人类数据集验证

验证小鼠模型中发现的hub基因在人类动脉粥样硬化组织中的表达变化。

从GEO下载GSE100927数据集,包含29例颈动脉粥样硬化组织和12例正常颈动脉组织,分析hub基因的表达差异。

6

qRT-PCR验证

验证核心基因在动脉粥样硬化小鼠主动脉中的表达水平。

使用qRT-PCR检测ApoE-/-小鼠主动脉中核心基因的表达,以β-actin作为内参。

7

免疫荧光验证

验证Atp6v0d2在动脉粥样硬化病变中与巨噬细胞的共定位。

对主动脉窦冰冻切片进行CD68和Atp6v0d2双重免疫荧光染色。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
西方饮食Keao Xieli Feed Co., Ltd.--
AIN93M纯化饮食Keao Xieli Feed Co., Ltd.--
Vevo3100小动物超声成像系统FUJIFILM VisualSonics--
异氟烷RWD--
总胆固醇检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA110-1-1
甘油三酯检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA111-1-1
低密度脂蛋白胆固醇检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA113-1-1
SpectraMax i3x多功能酶标仪Molecular Devices, LLC.--
Illumina NovaSeq 6000测序仪Illumina--
SteadyPure通用RNA提取试剂盒Accurate Biotechnology Co., Ltd.--
Hifair III第一链cDNA合成SuperMix (qPCR)Yeasen Biotechnology Co., Ltd.--
Hieff qPCR SYBR Green Master MixYeasen Biotechnology Co., Ltd.--
LightCycler 480 II实时荧光定量PCR仪Roche--
抗ATP6V0D2抗体Biossbs-12548R
抗CD68兔多克隆抗体ServicebioGB113109

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
ApoE-/-小鼠性别、周龄、饮食组成和喂养时长
阅读提示:Methods: Feeding and Grouping
RNA-seq分析
差异表达基因筛选阈值(adj.P<0.05,|logFC|>1.0)、测序平台和样本量
阅读提示:Methods: RNA-Seq Analyses; RNA-Seq Data Processing and Visualization
qRT-PCR验证
引物序列、内参基因、试剂盒和仪器型号
阅读提示:Methods: Real-Time Quantitative PCR; Table 1
人类数据集验证
GSE100927数据集样本选择标准
阅读提示:Methods: Verified by the Published Human Datasets
免疫荧光
抗体名称、货号、品牌和样本处理方法
阅读提示:Methods: Immunofluorescence; Figure 13