急性心肌梗死中性粒细胞相关生物标志物的鉴定与验证:整合bulk RNA-seq、表达数量性状位点和孟德尔随机化分析

Identification and verification of biomarkers associated with neutrophils in acute myocardial infarction: integrated analysis of bulk RNA-seq, expression quantitative trait loci, and mendelian randomization.

作者信息Guoqing Liu, Xiangwen Lv, Jiahui Qin, Xingqing Long, Miaomiao Zhu, Chuwen Fu, Jian Xie, Peichun He
PMID40861421
发布时间2025-08-08
DOI10.3389/fmolb.2025.1614350

实验完整度

研究包含基于GEO数据的生物信息学分析(免疫浸润、MR、WGCNA、LASSO/RF)及AC16细胞OGD模型的RT-qPCR验证,但缺乏动物模型和患者样本的功能验证,因此实验完整度为中等。

主要模型

AC16细胞OGD模型 GSE66360和GSE48060数据集(含71例正常和80例AMI样本)

重点核对

样本来源:GSE66360(49例AMI和50例对照)作为训练集,GSE48060(31例AMI和21例对照)作为验证集 MR分析:SNP筛选阈值P < 5.0×10⁻⁸,LD R²<0.001,距离10,000 kb,F>10 细胞模型:AC16细胞OGD处理6小时(95% N2和5% CO2) RT-qPCR:使用TRIzol提取RNA,QuantiTect逆转录试剂盒,SYBR-Green定量,GAPDH作为内参,2^−ΔΔCT法分析 统计显著性:P < 0.05

摘要

背景 免疫浸润与急性心肌梗死(AMI)的进展密切相关,其中中性粒细胞受到广泛关注。然而,AMI与中性粒细胞之间的具体关联仍不确定。 方法 从基因表达综合(GEO)数据库下载AMI患者的bulk RNA-seq数据。利用CIBERSORT评估22种免疫细胞的组成。通过孟德尔随机化(MR)分析确定中性粒细胞与AMI之间的因果关系。选择与中性粒细胞相关系数>0.7的基因,并通过功能富集分析确认其代表性。进行加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选AMI相关模块基因。通过共识聚类方法识别与中性粒细胞相关的稳健分子聚类。使用最小绝对收缩和选择算子(LASSO)和随机森林(RF)算法筛选Hub基因。使用氧-葡萄糖剥夺的AC16细胞建立AMI细胞模型。采用定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)验证基因表达水平。表达数量性状位点(eQTL)分析用于识别AMI中调控基因表达的遗传变异。 结果 MR结果显示中性粒细胞与AMI之间存在显著的因果关系。共识聚类方法描绘了两个基因亚簇,AMI相关中性粒细胞共表达基因的表达与先天免疫细胞浸润一致。鉴定出三个Hub中性粒细胞共表达基因(BCL6、CDA和IL1R2)。受试者工作特征(ROC)曲线表明这三个基因在训练集和验证集中对AMI具有诊断价值,RT-qPCR结果验证了基因表达数据。基于AMI中三个Hub中性粒细胞共表达基因构建了预测模型,结果显示具有良好的准确性。eQTL分析进一步证实BCL6在AMI中性粒细胞介导的损伤中作为关键风险基因发挥重要作用。 结论 中性粒细胞与AMI之间存在因果关系。BCL6在AMI中性粒细胞介导的损伤中作为关键风险基因发挥重要作用。然而,需要更全面的研究来确定AMI相关中性粒细胞共表达基因的分子机制。

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
中性粒细胞与急性心肌梗死之间是否存在因果关系,以及哪些基因可作为中性粒细胞介导的AMI生物标志物?
核心机制
中性粒细胞通过趋化- NF-κB/IL-17炎症通路激活-心肌细胞损伤这一级联轴驱动AMI进展;BCL6作为关键风险基因参与中性粒细胞介导的损伤。
主要证据
MR分析显示中性粒细胞与AMI风险显著相关(OR: 1.628, 95% CI: 1.433-1.850, P<0.001);通过LASSO和RF算法鉴定出BCL6、CDA和IL1R2三个Hub基因,在训练集和验证集中AUC较高,且RT-qPCR验证在OGD处理的AC16细胞中表达上调。
研究意义
该研究为开发针对中性粒细胞炎症反应的新型AMI治疗方法奠定了理论基础,并指出BCL6可能作为AMI的诊断标志物和治疗靶点。

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

数据获取与免疫浸润分析

评估AMI样本中免疫细胞组成,并分析中性粒细胞与其他免疫细胞的相关性。

从GEO下载GSE66360和GSE48060数据,使用CIBERSORT计算22种免疫细胞比例,并进行Pearson相关性分析。

2

孟德尔随机化分析

确定中性粒细胞与AMI之间的因果关联。

使用eQTL和中性粒细胞GWAS数据作为暴露,MI GWAS作为结局,筛选SNP作为工具变量,采用IVW等五种方法进行MR分析。

3

中性粒细胞共表达基因的获取与功能富集分析

筛选与中性粒细胞表达显著相关的基因,并通过GO/KEGG分析验证其功能代表性。

通过Pearson相关分析选择相关系数>0.7的基因,进行GO和KEGG富集分析。

4

WGCNA模块鉴定

识别与AMI相关的基因共表达模块。

基于GSE66360数据集的前5000个高变基因,构建加权共表达网络,识别与AMI显著相关的模块。

5

差异表达分析和维恩图筛选

筛选与AMI相关的中性粒细胞共表达差异基因。

使用limma分析AMI组和对照组之间的差异表达基因(|log2FC|≥1,P<0.05),并与中性粒细胞共表达基因和WGCNA模块基因取交集。

6

分子分型与免疫浸润分析

根据AMI相关中性粒细胞共表达基因的表达模式进行分子分型,并分析不同亚型的免疫浸润特征。

使用ConsensusClusterPlus进行共识聚类,确定最佳k值,随后比较两个亚型中免疫细胞浸润差异。

7

Hub基因鉴定与验证

筛选并验证AMI中核心的中性粒细胞共表达基因。

使用LASSO和RF算法筛选Hub基因,并在训练集和验证集中绘制ROC曲线,最后通过RT-qPCR在OGD处理的AC16细胞中验证表达。

8

基因集富集分析 (GSEA/GSVA)

探索Hub基因相关的信号通路。

对Hub基因进行GSEA和GSVA分析,富集KEGG通路和Hallmark基因集。

9

诺模图构建

构建基于Hub基因的AMI诊断预测模型。

使用rms包构建诺模图,并通过ROC曲线、校准曲线、临床影响曲线和决策曲线分析评估模型性能。

10

药物-基因相互作用和分子对接

预测靶向Hub基因的潜在药物,并评估结合亲和力。

使用DGIdb数据库检索候选药物,从PubChem获取药物3D结构,从PDB获取蛋白结构,使用CB-Dock2进行分子对接。

11

eQTL分析

确定Hub基因表达与MI之间的因果关联。

使用eQTL数据作为暴露,MI GWAS作为结局,进行MR分析以验证BCL6、CDA和IL1R2的因果作用。

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
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清----
青霉素/链霉素Solarbio--
TRIzol试剂Invitrogen--
QuantiTect逆转录试剂盒Qiagen--
SYBR荧光染料Takara--

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
免疫浸润分析
CIBERSORT算法版本、参考数据集;样本量:GSE66360(50对照、49AMI)、GSE48060(21对照、31AMI)
阅读提示:Materials and Methods - Immune infiltration analysis
孟德尔随机化分析
SNP筛选阈值P<5×10⁻⁸;LD参数(R²<0.001、距离10,000kb);F>10;工具变量数量(162个SNP)
阅读提示:Materials and Methods - MR analysis
共表达基因分析
Pearson相关系数阈值>0.7;数据类型:bulk RNA-seq
阅读提示:Materials and Methods - Acquisition and functional enrichment analysis
WGCNA分析
软阈值7;模块最小基因数60;数据集GSE66360(99个样本)
阅读提示:Materials and Methods - Identification of gene modules associated with AMI
差异表达分析
|log2FC|≥1,P<0.05;分析方法:limma
阅读提示:Materials and Methods - Identification of differentially neutrophil coexpressed genes in AMI
分子分型
共识聚类k=2;算法:ConsensusClusterPlus
阅读提示:Materials and Methods - Molecular typing and immune infiltration
Hub基因筛选
LASSO:λ=0.037(Logλ=-3.288);RF:MDG>2.0;交集基因:BCL6、CDA、IL1R2
阅读提示:Materials and Methods - Identification and verification of hub neutrophil coexpressed genes in AMI
RT-qPCR验证
细胞系AC16;OGD处理条件(无糖培养基、95%N2/5%CO2、6小时);内参GAPDH;2^−ΔΔCT法
阅读提示:Materials and Methods - Cell culture and model construction, RT-qPCR analysis