Identification of regulator gene S100A9 in myocardial ischemia - reperfusion injury: A crucial discovery for heart disease treatment

为探究心肌缺血再灌注损伤（MIRI）机制，研究人员分析相关基因，发现 S100A9 是关键调节基因，或可助力 MIRI 治疗。

　　# 心肌缺血再灌注损伤研究新突破：S100A9 基因的关键作用
在心血管疾病的大舞台上，急性心肌梗死（AMI）堪称 “头号杀手”，每年都无情地夺走无数生命。随着医疗技术的进步，早期血管再通治疗让 AMI 死亡率有所下降，可新的难题接踵而至 —— 心肌缺血再灌注损伤（MIRI）。当堵塞的血管重新恢复血流，本应是 “希望之光”，却常常引发一系列不良反应，如心律失常、心脏功能障碍等，使得心肌损伤雪上加霜，严重影响患者的预后。目前，针对 MIRI 还没有特效的治疗方法，这就像在黑暗中摸索，医生们面对患者的痛苦却束手无策。

为了打破这一困境，来自苏州大学附属第一医院心内科以及常熟市第二人民医院心内科的研究人员勇挑重担，开展了一项意义非凡的研究。他们试图通过全面深入的生物信息学分析，挖掘出 MIRI 背后的关键调节基因和信号通路，为攻克这一难题寻找新的方向。最终，他们发现 S100A9 基因在 MIRI 过程中扮演着至关重要的角色，这一发现为 MIRI 的治疗带来了新的曙光。该研究成果发表在《Hereditas》杂志上，引发了学界的广泛关注。

研究人员为了开展这项研究，运用了多种先进的技术方法。首先，从 NCBI GEO 数据库下载了多个基因表达数据集，这些数据集包含了 I/R 样本和对照样本的 RNA - seq 数据。接着，利用 R 语言中的相关软件包对数据进行合并、批次效应去除和差异表达基因（DEGs）分析。然后，通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析，探索差异表达基因的功能和相关通路。利用 STRING 数据库构建蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络，并结合 Cytoscape 和 LASSO 算法筛选关键基因。此外，研究人员还招募了 52 例 ST 段抬高型心肌梗死（STEMI）患者和 43 例健康对照者，采集血液样本进行 RNA 提取、定量实时 PCR（qRT - PCR）等实验，以此验证生物信息学分析的结果。

下面让我们详细看看这项研究的主要结果：

1. 基线特征

研究人员对 I/R 组和对照组的多项指标进行了比较。在年龄、性别、BMI、血脂、血压、吸烟状况等方面，两组没有显著差异。但在糖尿病、心率、左心室射血分数（LVEF）、血清谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）、白蛋白等指标上，两组存在明显差异。而且，I/R 组的 C 反应蛋白（CRP）水平、白细胞计数以及中性粒细胞、淋巴细胞和嗜酸性粒细胞的百分比都显著升高。这表明 I/R 组患者的身体状况与对照组存在明显不同，为后续研究提供了重要的背景信息。

2. I/R 中差异表达基因的鉴定

通过对合并数据集的分析，研究人员成功识别出 135 个 I/R 相关的差异表达基因，其中 131 个上调，4 个下调。GO 分析显示，这些基因在调节炎症反应、白细胞趋化等生物学过程中显著富集；在细胞组成方面，与一些特殊的颗粒和膜结构相关；在分子功能上，与模式识别受体活性等密切相关。KEGG 分析则发现，这些基因与利什曼病、军团菌病、NF - κB 信号通路等多种疾病和通路有关。这一系列结果揭示了 I/R 过程中基因表达的变化规律，为深入理解 MIRI 的机制奠定了基础。

3. 枢纽基因的筛选和验证

研究人员构建了 PPI 网络，并通过分析筛选出了 10 个枢纽蛋白，再经过 LASSO 回归分析，确定了 6 个关键调节基因，其中 S100A9 脱颖而出。ROC 曲线分析显示，S100A9 的 AUC 值大于 0.75，具有很强的诊断价值，表明它可能是 I/R 的可靠生物标志物。

4. 免疫浸润的评估和可视化

利用 ssGSEA 算法分析发现，I/R 患者与对照组相比，多种免疫细胞的浸润存在显著差异，如活化的 CD8 T 细胞、自然杀伤细胞等。而且，S100A9 的表达与中性粒细胞浸润呈最强的正相关，这进一步凸显了 S100A9 在免疫反应中的重要作用。

5. 实验验证

通过 qRT - PCR 和 ELISA 实验，研究人员发现 S100A9 及其下游信号通路相关基因（如 RAGE、NLRP3、NF - κB）在 I/R 患者中的表达显著升高。同时，I/R 组血浆中 caspase - 1 和 IL - 1β 水平升高，线粒体 ETC 复合物 I 表达降低。此外，S100A9 表达与 LVEF 呈负相关，与中性粒细胞百分比和白细胞计数呈正相关，且在 MIRI 患者中表达更高，尤其是在冠状动脉无复流（CNR）患者中。这一系列实验结果有力地支持了生物信息学分析的结论，进一步证实了 S100A9 在 MIRI 中的关键作用。

6. S100A9 与 MIRI 和心血管结局的关联

研究发现，S100A9 水平是主要不良心血管事件（MACEs）的单变量预测因子。虽然在本次研究队列中，S100A9 表达对 MACEs 的预测作用不显著，但这可能与随访时间有限有关。而在 MIRI 方面，S100A9 表达在 MIRI 患者中明显升高，尤其是在 CNR 患者中，这表明 S100A9 与 MIRI 的发生和发展密切相关。

在讨论部分，研究人员指出，MIRI 是 AMI 再灌注治疗后的常见并发症，以往多数研究在动物和细胞层面进行，难以直接应用于人类疾病。而他们的研究首次在人体全血中识别出相关差异表达基因，并确定 S100A9 是 I/R 的关键生物标志物。S100A9 主要由中性粒细胞释放，可激活 NF - κB 和 NLRP3 等通路，导致炎症反应和线粒体功能障碍，在 MIRI 的发生发展中起重要作用。此外，S100A9 与 CNR 密切相关，有望成为预防 CNR 的新治疗靶点。不过，该研究也存在一些局限性，如单中心设计、样本量小、随访时间短等，但这并不影响其重要意义。

综上所述，这项研究成功鉴定出 S100A9 是 I/R 的新型调节基因，它通过上调 NF - κB/NLRP3 炎性小体激活（caspase - 1 和 IL - 1β）参与 MIRI 过程。而且，PCI 术后 S100A9 水平升高可预测 AMI 患者 MIRI 的发生，尤其是 CNR。这一发现为 MIRI 的治疗提供了新的潜在靶点，对优化 AMI 患者的治疗方案、改善临床结局具有重要意义，让我们在攻克心肌缺血再灌注损伤这一难题的道路上迈出了坚实的一步。