8.4分生信非腫瘤文章，免疫浸潤(rùn)+機(jī)器學(xué)習(xí)+模型驗(yàn)證。
冠狀動(dòng)脈疾病中篩選診斷生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)的鑒定，并和免疫浸潤(rùn)關(guān)聯(lián)
Identification of diagnostic biomarkers and therapeutic targets in peripheral immune landscape from coronary artery disease
結(jié)果
外周血中差異mRNA表達(dá)的鑒定
本研究涉及 199 名 CAD 患者和 218 名對(duì)照者的外周血轉(zhuǎn)錄組。PCA 分析表明，批次效應(yīng)在三個(gè)基因組中被有效去除。共鑒定出 762 個(gè) DEG，其中 396 個(gè)基因上調(diào)，366 個(gè)基因下調(diào)。上調(diào)前五位的基因是C17orf78、TTTY21、TMEM213、COL21A1和SNX31，而下調(diào)前五位的基因是EGR3、TTTY7、TMEM196、DNAJC28和OLR1。熱圖顯示 CAD 患者和對(duì)照組之間 |logFC| > 0.2 的基因，表明它們可能參與了 CAD 的病理過程
DEG 的功能富集分析
為了探索這些 DEG 與調(diào)節(jié)過程中涉及的生物學(xué)功能之間的關(guān)系，我們構(gòu)建了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用 (PPI) 網(wǎng)絡(luò)。PPI 分析顯示這些基因在蛋白質(zhì)水平上有很強(qiáng)的聯(lián)系。。GO 分析揭示了分別涉及分子功能、生物過程和細(xì)胞成分的 DEG 的概況，例如受體-配體活性、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白復(fù)合物和細(xì)胞過程。?KEGG通路富集圖顯示，主要富集的通路是細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、神經(jīng)活性配體-受體相互作用和IL-17信號(hào)通路，表明與炎癥反應(yīng)和神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)的功能有很強(qiáng)的相關(guān)性。
DE-IRGs測(cè)定和免疫相關(guān)細(xì)胞景觀分析
CAD 患者的上述 DEGs 與 IRGs 重疊。確定了 CAD 患者的 58 個(gè) DE-IRG。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些芯片中7種免疫細(xì)胞亞群的比例與CAD組不同。其中，CAD中活化的樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、Th17細(xì)胞和MDSC的比例升高（P??<??0.05），而活化的B細(xì)胞和CD56殺傷細(xì)胞的比例降低（P??<??0.05）。此外，變化的外周免疫細(xì)胞之間存在相關(guān)性（，如活化的CD4?+?T細(xì)胞/Th2細(xì)胞(r = 0.62)、巨噬細(xì)胞/肥大細(xì)胞(r = 0.55)、中性粒細(xì)胞/漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(r = 0.62)。
CAD 14個(gè)關(guān)鍵外周DE-IRGs的鑒定及免疫診斷模型的構(gòu)建
我們通過 LASSO 回歸降維，最終確定了 14 個(gè)基因來構(gòu)建 CAD 的診斷模型。。通過 ROC 曲線評(píng)估已確定的 14 個(gè)關(guān)鍵外周 DE-IRG 的診斷性能。ROC曲線下面積分別為CCR9（AUC=0.686）、CER1（AUC=0.604）、CSF2（AUC=0.688）、CXCL2（AUC=0.589）、HTR3C（AUC=0.699）、IL13RA1（AUC=0.650）、IL1A（ AUC = 0.667）、INSL5（AUC = 0.624）、MBL2（AUC = 0.619）、MMP9（AUC = 0.649）、MSR1（AUC = 0.679）、NR4RA2（AUC = 0.657）、NTS（AUC = 0.667）和 TNFRSF19（AUC = 0.686) ，分別。然而，當(dāng)所有 14 個(gè)基因都包含在一個(gè)診斷模型中時(shí)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和測(cè)試數(shù)據(jù)集中的 AUC 分別達(dá)到 0.968 和 0.859.?結(jié)果證明，這些組合的DE-IRGs具有良好的診斷潛力，也可能成為有希望的CAD預(yù)防和治療靶點(diǎn)。
CAD患者外周免疫特征分析
14 個(gè)關(guān)鍵外周 DE-IRG 在 CAD 和對(duì)照組之間顯示出顯著變化。其中CCR9、CER1、CSF2、IL13RA1、INSL5、MBL2、MMP9、MSR1、NTS、TNFRSF19基因表達(dá)上調(diào)（P??<??0.05），CXCL2、HTR3C、IL1A、NR4A2基因表達(dá)下調(diào)（P < 0.05）?P??<??0.05）。這些基因顯示出顯著的正相關(guān)，例如 CER1/NTS(r = 0.85)、CER1/IL13RA1(r = 0.79) 和 NTS/TNFRSF19(r = 0.94).?考慮到多種免疫成分在 CAD 診斷和病理機(jī)制中的重要作用，我們分析了 CAD 中免疫細(xì)胞與 DE-IRGs 表達(dá)之間的相互關(guān)系。例如，IL13RA1 在中性粒細(xì)胞、3 種樹突狀細(xì)胞（活化、未成熟和漿細(xì)胞樣）、巨噬細(xì)胞、記憶 B 細(xì)胞、單核細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、MDSC、自然殺傷細(xì)胞、肥大細(xì)胞、2 種細(xì)胞中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的上調(diào)表達(dá)T 細(xì)胞（自然殺傷和γδ）和嗜酸性粒細(xì)胞（P??<??0.01），并在活化的 B 細(xì)胞、活化的 CD8 T 細(xì)胞和 CD56dim 自然殺傷細(xì)胞中快速下調(diào)表達(dá)（P??<??0.01 ）).?MMP9 在中性粒細(xì)胞、3 種樹突狀細(xì)胞（活化、漿細(xì)胞樣、未成熟）、單核細(xì)胞、記憶 B 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、γδ T 細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞中表達(dá)增加（P??<??0.01），在活化 B 細(xì)胞中表達(dá)呈下降趨勢(shì)，活化CD8 T、效應(yīng)記憶 CD4/CD8 T 細(xì)胞、未成熟 B 細(xì)胞（P??<??0.01）。
在體內(nèi)驗(yàn)證 10 個(gè)候選 DE-IRG 與 CAD 之間的相關(guān)性
第20周末，小鼠主動(dòng)脈弓病理染色（油紅O）顯示大量脂質(zhì)斑塊聚集，導(dǎo)致管腔狹窄。CAD 模型組的平均體重比對(duì)照組急劇增加（P??<??0.0001）?同時(shí)，CAD組外周循環(huán)低密度脂蛋白（LDL）和甘油三酯（TRIG）水平顯著升高（P??<??0.0001）。全血總mRNAs檢測(cè)顯示，CAD模型組CCR9、CSF2、IL13RA1、NTS表達(dá)量顯著高于對(duì)照組。?7E–H, M) (?P??<??0.05?)，這與數(shù)據(jù)集的在線篩選結(jié)果表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。IL1A，在模型組中也有所升高（P??<??0.01），與在線數(shù)據(jù)結(jié)果呈相反趨勢(shì)。然而，兩組在 CXCL2、INSL5、MSR1、NR4A2 和 TNFRSF19 方面無差異（P??>??0.05）
IL13RA1激活JAK1/STAT3通路調(diào)控CAD中巨噬細(xì)胞功能
在體外，ox-LDL上調(diào)IL13RA1 mRNA的表達(dá)（P??<??0.01），激活JAK1/STAT3信號(hào)通路（P??<??0.05?，P??<??0.01），并增加BMDMs中VEGF-C的產(chǎn)生（P??<??0.01） 。在體內(nèi)，類似地，在 20 周 HFD 飲食誘導(dǎo)的 LDL 小鼠（CAD 小鼠模型）的主動(dòng)脈中，?IL13RA1 mRNA 表達(dá)、磷酸鹽-JAK1、磷酸鹽-STAT3、VEGF-C 和 IL-6 蛋白水平增加（P??<??0.01?，P??<??0.001）。將 siRNA 轉(zhuǎn)染到 RAW264.7 細(xì)胞后，IL13RA1 mRNA 表達(dá)顯著降低（P??<??0.001）。?8個(gè)H), 這導(dǎo)致 JAK1 和 STAT3、VEGFC、TGF-β 和 α-SMA 的磷酸化水平下調(diào)(?P??<??0.05?,?P??<??0.01?)）。IL13RA1 敲低組也降低了 SCARB1 和 ox-LDL 刺激的 CD36 mRNA 水平（P??<??0.001，P??<??0.01）。。有趣的是，IL13RA1 的敲低增加了 IL-6 的產(chǎn)生（P??<??0.0001）。在ox-LDL的刺激下，上述變化趨勢(shì)一致且更加明顯。油紅O染色結(jié)果顯示，IL13RA1敲低組巨噬細(xì)胞吸收的脂滴減少
