转录组测序和加权基因共表达网络分析揭示大鼠深低温停循环后肺脏中心基因和分子通路的变化

Transcriptome profiling and weighted gene co-expression network analysis reveal changes of hub genes and molecular pathways in rat lungs following deep hypothermic circulatory arrest.

作者信息Lei Wang, Qingtong Wu, Yuzuo Lin, Ziyan Lin, Guodong Zhong, Liangwan Chen
PMID40811488
期刊PLoS One
发布时间2025-08-14
DOI10.1371/journal.pone.0328887

实验完整度

包括体内模型、转录组测序、WGCNA、PPI、RT-PCR、HE和IHC验证,但缺乏功能丧失/获得验证,机制验证有限。

主要模型

SD大鼠DHCA模型 大鼠肺组织 RNA测序数据(每组合并3例)

重点核对

大鼠品系:SD雄性大鼠,10周龄,体重400-450g 分组:DHCA组(n=6)与对照组(n=6),测序每组n=3 DHCA条件:直肠温度降至18°C,停循环30分钟,CPB总时长约150分钟 样本采集:CPB脱离后1小时收集肺组织 差异基因筛选标准:调整P值<0.05,|log2FC|≥1

摘要

背景:涉及深低温停循环(DHCA)的主动脉夹层修复手术后急性肺损伤(ALI)的发生率显著较高。我们使用转录组测序和加权基因共表达网络分析(WGCNA)分析了DHCA后大鼠肺组织中的中心基因和信号通路。方法:建立大鼠DHCA模型,术后收集肺组织。采用高通量转录组测序评估DHCA组和非DHCA组之间的基因表达差异。利用DESeq2方法分析两组间的差异表达基因(DEGs),并通过WGCNA、蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络和iRegulon插件进一步筛选中心基因及其上游分子。通过基因本体论和京都基因与基因组百科全书分析检查中心基因的生物学功能。通过实验验证评估两组中心基因mRNA和蛋白质水平的变化。结果:与对照组相比,DHCA组共鉴定出438个DEGs。WGCNA进一步揭示197个关键基因。后续PPI分析鉴定出八个中心基因:FOS、FOSB、JUN、EGR1、ATF3、NR4A1、CCN1和ZFP36。中心基因主要与炎症、细胞凋亡和细胞免疫反应相关。ATF3和SRF可能作为潜在的上游调节因子。实验结果进一步证实这些中心基因发生了显著变化,且DHCA期间肺组织出现显著损伤。结论:DHCA显著改变大鼠肺组织中的基因表达模式。鉴定出的与炎症和凋亡相关的中心基因和信号通路可能作为DHCA后肺损伤的潜在治疗靶点。

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
DHCA后大鼠肺组织中基因表达谱如何变化?哪些中心基因和信号通路与肺损伤相关?
核心机制
DHCA后肺组织中炎症、凋亡和免疫相关通路显著上调,中心基因(FOS、FOSB、JUN、EGR1、ATF3、NR4A1、CCN1、ZFP36)可能通过调控这些通路参与肺损伤。
主要证据
转录组测序显示438个DEGs,WGCNA鉴定197个关键基因,PPI网络筛选出八个中心基因,RT-PCR和IHC验证其mRNA和蛋白水平显著升高,HE染色显示肺组织损伤加重。
研究意义
这些中心基因和信号通路可能作为DHCA后肺损伤的潜在治疗靶点,为肺保护提供新的策略。

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

建立大鼠DHCA模型

模拟临床DHCA过程,构建肺损伤模型以研究其分子机制。

雄性SD大鼠随机分为DHCA组和对照组,经历降温至18°C、停循环30分钟、复温至35°C,术后1小时收集肺组织。

2

转录组测序和DEGs筛选

比较DHCA组与对照组肺组织基因表达差异,鉴定差异表达基因。

提取肺组织RNA,构建cDNA文库,使用Illumina NovaSeq 6000测序,基于DESeq2筛选DEGs。

3

WGCNA共表达网络分析

识别与DHCA肺损伤显著相关的基因模块和关键基因。

对438个DEGs进行WGCNA,构建共表达网络,鉴定出蓝色模块(197个基因)与DHCA显著正相关。

4

中心基因筛选与功能富集分析

从关键基因中筛选核心中心基因,并解析其涉及的生物学通路。

利用STRING数据库构建PPI网络,通过CytoHubba MCC算法筛选八个中心基因,并通过GO和KEGG富集分析其功能。

5

上游调控因子预测

预测调控中心基因的上游转录因子,探索其调控网络。

使用iRegulon插件分析中心基因的上游调控因子,鉴定出ATF3和SRF。

6

实验验证

验证中心基因在mRNA和蛋白水平的表达变化,并评估肺组织病理损伤。

通过RT-PCR检测中心基因mRNA水平,HE染色观察肺组织结构损伤,IHC检测中心基因蛋白表达。

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
七氟烷----
肝素----
复方电解质注射液Jiameina--
6%羟乙基淀粉130/0.4Volulyte--
滚压泵Stockert III--
热交换器Xi Jing--
氧合器Xi Jing--
Trizol试剂Invitrogen--
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
Agilent 2100生物分析仪Thermo Fisher Scientific--
Illumina NovaSeq 6000测序平台Tsingke-Beijing--
Illumina TruSeq RNA样本制备试剂盒Illumina--
RNeasy微型试剂盒Qiagen--
PrimeScript™ RT预混试剂盒Takara--
TB Green® Premix Ex Taq™ IITakara--
正常山羊血清--C-0005
抗FOS抗体Biossbs-0469R
抗FOSB抗体Biossbsm-52071R
抗Jun抗体Biossbs-0670R
抗EGR1抗体Biossbs-1076R
抗ATF3抗体Biossbs-0519R
抗NR4A1抗体Biossbsm-52972R
抗CCN1抗体Biossbs-1290R
抗ZFP36抗体Biossbs-20893R
HRP偶联二抗CST#7074
DAB染色试剂盒Ventana--

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
大鼠品系、性别、年龄、体重;DHCA温度、停循环时间、CPB时长、复温速率;样本采集时间点。
阅读提示:Methods 2.1节
转录组测序
测序平台、文库构建试剂盒、每组样本数、差异表达筛选阈值。
阅读提示:Methods 2.2和2.3节
WGCNA
软阈值β、最小模块大小、模块与性状相关性阈值。
阅读提示:Methods 2.4节
实验验证
RT-PCR引物序列、参考基因、IHC抗体稀释度、染色步骤和时间。
阅读提示:Methods 2.8节及S1 Table