通过单细胞 RNA 测序和转录组学揭示急性心肌梗死中与 Hippo 通路相关的生物标志物 —— 为精准诊疗开辟新方向

《Scientific Reports》：Uncovering Hippo pathway-related biomarkers in acute myocardial infarction via scRNA-seq binding transcriptomics

急性心肌梗死（AMI）死亡率高，现有治疗存在局限。哈尔滨医科大学研究人员开展了 AMI 中 Hippo 信号通路相关生物标志物的研究。他们筛选出 5 个潜在生物标志物（NAMPT、CXCL1、CREM、GIMAP6 和 GIMAP7），还预测了潜在治疗药物。这为 AMI 诊疗提供新方向。

　　急性心肌梗死（AMI）是一种严重威胁人类健康的心血管疾病，其特点是心肌供血突然中断，通常由冠状动脉血栓形成或痉挛引发，最终导致大量心肌细胞因急性缺氧而坏死。临床上，AMI 被分为 ST 段抬高型心肌梗死（STEMI）和非 ST 段抬高型心肌梗死（NSTEMI）。尽管经皮冠状动脉介入治疗（PCI）等主要治疗手段旨在快速恢复冠状动脉血流，促进心肌再灌注，但缺血 - 再灌注损伤却极大地限制了这些治疗策略的效果。此外，目前对于 AMI 的早期诊断和治疗仍面临诸多挑战，例如现有的生物标志物在诊断的准确性、及时性等方面存在不足，这促使研究人员积极探索新的生物标志物和治疗靶点，以改善 AMI 患者的预后。

为了解决这些问题，哈尔滨医科大学的研究人员开展了一项关于 AMI 中 Hippo 信号通路相关生物标志物的研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为 AMI 的早期诊断和治疗提供了新的理论依据和潜在靶点，具有重要的临床意义。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下几种关键技术：首先，从公共数据库（如 Gene Expression Omnibus（GEO）和 ArrayExpress）获取相关数据集，包括基因表达数据和单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据；接着，通过生物信息学分析，如差异表达基因（DEGs）筛选、共识聚类分析、功能富集分析、蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络构建等，对数据进行深入挖掘；然后，利用机器学习算法（如 LASSO 回归模型、支持向量机递归特征消除（SVM-RFE）和 Boruta 算法）筛选潜在生物标志物；最后，通过实验验证，包括动物实验（构建 AMI 小鼠模型）、细胞实验（分离、培养心肌细胞并进行药物处理）以及相关检测技术（如 TUNEL 染色、细胞活力检测、乳酸脱氢酶（LDH）检测、超声心动图分析、RNA 提取和实时聚合酶链反应（qRT-PCR）、蛋白质免疫印迹（Western blot）分析等），来验证生物标志物的表达和功能。

在研究结果部分：

• 候选基因筛选：研究人员从 GSE66360 数据集筛选出 1766 个 AMI 与对照组之间的差异表达基因（DEGs1），通过共识聚类将 AMI 样本分为两个亚型，又筛选出 503 个亚型间的差异表达基因（DEGs2）。最终，取 DEGs1 和 DEGs2 的交集，获得 179 个候选基因。
• 候选基因功能分析：对候选基因进行 GO 注释和 KEGG 分析发现，其在粒细胞迁移、中性粒细胞趋化等功能以及病毒蛋白 - 细胞因子与细胞因子和细胞因子受体相互作用、趋化因子信号通路等信号通路中显著富集。PPI 网络显示，候选基因之间存在紧密的相互作用。
• 潜在生物标志物鉴定：通过 LASSO 回归模型、SVM-RFE 和 Boruta 算法，研究人员筛选出 5 个潜在生物标志物（NAMPT、CXCL1、CREM、GIMAP6 和 GIMAP7）。其中，NAMPT、CXCL1、GIMAP6 和 GIMAP7 经进一步验证，被确定为 AMI 的生物标志物，它们在 GSE66360 和 GSE60993 数据集中表现出一致的表达趋势，且在 AMI 与对照组之间存在显著差异。
• 生物标志物的潜在分子调控：通过多种分析方法，研究人员构建了生物标志物与其他基因、微小 RNA（miRNAs）、长链非编码 RNA（lncRNAs）以及转录因子（TFs）之间的调控网络，揭示了生物标志物在分子调控层面的复杂机制。
• 潜在治疗药物预测：基于生物标志物，研究人员预测了 179 种潜在治疗药物，并通过分子对接评估了药物与生物标志物的结合亲和力。部分药物（如丁香酚和氯硝柳胺）在细胞实验中显示出对缺氧诱导的心肌细胞损伤的保护作用。
• 免疫浸润分析：研究人员分析了 AMI 患者和对照组中免疫细胞的浸润情况，发现 19 种免疫细胞存在显著差异。生物标志物与免疫细胞之间存在相关性，其中 NAMPT、CXCL1 与大多数免疫细胞呈正相关，而 GIMAP6 和 GIMAP7 与大多数免疫细胞呈负相关。
• 单细胞数据分析：对单细胞数据进行分析后，研究人员发现 CXCL1、GIMAP6 和 NAMPT 在巨噬细胞和内皮细胞中表达差异显著，这表明这些细胞在 AMI 的病理过程中可能发挥重要作用。
• 动物实验验证：构建 AMI 小鼠模型后，研究人员通过超声心动图和 TTC 染色证实模型构建成功。qRT-PCR 和 Western blot 分析结果显示，与对照组相比，AMI 小鼠心肌组织中 NAMPT 和 CXCL1 的表达上调，GIMAP6 和 GIMAP7 的表达下调，这与之前的数据分析结果一致。

在研究结论和讨论部分，该研究首次全面鉴定了与 AMI 中 Hippo 信号通路相关的生物标志物，包括 NAMPT、CXCL1、GIMAP6 和 GIMAP7，为开发针对 AMI 的靶向治疗提供了理论基础。尽管研究存在一定局限性，如使用的数据集在以往研究中被广泛应用、样本量相对较小等，但研究结果仍具有重要意义。这些生物标志物不仅具有临床诊断潜力，还为深入理解 AMI 的发病机制提供了新的视角。未来，研究人员计划采用新的数据集、增加样本量并整合多种研究方法，进一步验证这些生物标志物的功能，探索它们与 Hippo 信号通路及其他相关信号通路之间的复杂关系，为 AMI 的精准治疗开辟新的道路。