BRD4：心衰关键乳酰化基因，开启心衰诊疗新视野

《Scientific Reports》：BRD4 as the key lactylation related gene in heart failure identified through bioinformatics analysis

为探究乳酰化相关基因（LRGs）在心力衰竭（HF）中的作用，研究人员分析 HF 数据集（GSE5406），运用多种生物信息学方法，发现 BRD4 是关键 LRG，其诊断准确性高。该研究为探索 HF 机制、寻找新诊疗靶点奠定基础。

　　心力衰竭（Heart Failure，HF），这一复杂的临床综合征，如同隐藏在人体内部的 “定时炸弹”，时刻威胁着人们的健康。它是由于心脏无法泵出足够的血液来满足身体代谢需求所引发的，背后涉及心肌损伤、血流动力学改变、神经激素激活以及炎症反应等一系列复杂的病理生理过程。尽管现代医学在 HF 的管理和治疗方面取得了一定进展，但要想开发出更有效的治疗策略，深入了解其分子机制至关重要。

乳酰化（Lactylation）作为一种关键的蛋白质翻译后修饰，在调节蛋白质和细胞功能方面发挥着重要作用。已有研究表明，某些基因的乳酰化可能影响多种心脏疾病的发生风险，并通过调节细胞代谢和免疫反应对疾病进展产生影响。比如在心肌梗死发生后，乳酰化在心肌细胞凋亡过程中扮演着关键角色，其水平升高与心肌损伤程度密切相关；在动脉粥样硬化中，乳酰化也显著影响着血管平滑肌细胞和巨噬细胞的功能。然而，乳酰化在 HF 中的具体作用和机制却仍笼罩在神秘的面纱之下，亟待科研人员去揭开。

为了深入探索乳酰化相关基因（LRGs）在 HF 中的作用，大连医科大学研究生院以及南京医科大学附属泰州人民医院心内科等机构的研究人员展开了一项研究。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：从公共数据库（如 Gene Expression Omnibus，GEO）获取 HF 相关的基因表达谱数据集（GSE5406 和 GSE161470）；利用生物信息学工具，如最小绝对收缩和选择算子（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator，LASSO）和加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-Expression Network Analysis，WGCNA）筛选关键基因；借助受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线分析评估基因的诊断效能；运用基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA）探究基因相关的生物学通路；通过单细胞测序和免疫细胞浸润分析，研究基因在不同细胞类型中的表达和与免疫细胞的关联；还构建了 HF 细胞模型进行验证。

下面来看看具体的研究结果：

• 差异表达乳酰化相关基因（DLRGs）的鉴定：研究人员对 HF 数据集（GSE5406）进行整理和分析，筛选出 95 个 DLRGs，其中 33 个基因表达上调，62 个基因表达下调。
• 功能富集分析：通过对这 95 个 DLRGs 进行基因本体（Gene Ontology，GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）功能富集分析发现，在生物学过程（Biological Process，BP）方面，DLRGs 主要参与 mRNA 加工、核糖核蛋白复合物生物发生等；在细胞组成（Cellular Component，CC）方面，定位于异染色质等细胞结构；在分子功能（Molecular Function，MF）方面，与核小体 DNA 结合和钙粘蛋白结合有关。KEGG 富集分析显示，DLRGs 主要富集在碳代谢、磷酸戊糖途径以及糖酵解 / 糖异生等代谢相关通路。
• 关键 DLRG 的确定：LASSO 分析识别出 14 个 DLRGs，WGCNA 则确定了 8 个不同的基因模块，其中 MEyellow 模块与 HF 显著相关，包含 37 个关键基因。通过这两种方法的交集分析，发现 BRD4 是潜在的关键 DLRG。ROC 分析表明，BRD4 基因的曲线下面积（Area Under the Curve，AUC）得分为 0.877，具有较高的诊断准确性和可靠性。GSEA 结果显示，BRD4 与粘着斑、癌症相关通路以及急性胰岛素信号通路等密切相关。
• BRD4 与免疫细胞的相关性分析：研究发现，BRD4 与树突状细胞激活等 5 种免疫细胞类型呈显著负相关，与肥大细胞激活等 3 种免疫细胞呈显著正相关，这为理解 BRD4 在免疫调节中的作用提供了新视角。
• BRD4 在单细胞测序数据集中的分布和表达：对 HF 单细胞测序数据集（GSE161470）分析后，将细胞类型分为 25 个亚群，并鉴定出 10 种细胞类型。BRD4 在心肌细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、T 细胞和肥大细胞中高表达。在 HF 组中，心肌细胞、树突状细胞和 T 细胞中的 BRD4 表达相较于对照组显著升高。
• 靶向药物预测：利用 DGIdb 数据库预测出 19 种可能靶向 BRD4 的潜在药物，其中部分药物已被批准用于治疗癫痫、动脉粥样硬化和癌症等疾病，但仍需严格的药理学验证。
• HF 细胞模型的构建：用不同浓度的阿霉素（Doxorubicin，Dox）处理 AC16 细胞构建 HF 细胞模型，结果显示随着 Dox 浓度增加，AC16 细胞活力显著下降，1μmol/L Dox 足以模拟心脏损伤和体外 HF。同时，HF 模型中心钠肽（ANP）和脑钠肽（BNP）的 mRNA 表达水平显著升高，证实了模型构建成功。此外，在 HF 细胞模型中，BRD4 的蛋白和 mRNA 表达水平均随 Dox 浓度增加而升高。

在研究结论和讨论部分，该研究首次通过生物信息学分析确定了与 HF 相关的乳酰化修饰基因，发现 BRD4 是影响 HF 发病机制的潜在关键 LRG。BRD4 作为一种能够识别和结合组蛋白上乙酰化赖氨酸残基的蛋白质，其乳酰化可能增强转录活性，导致与 HF 相关的炎症基因上调，进而加剧心肌炎症反应和病理性心脏重塑。在代谢方面，BRD4 与心肌能量稳态相关的代谢途径密切相关，其乳酰化修饰可能影响这些途径，对 HF 进展产生直接影响。免疫细胞浸润分析表明，BRD4 与肥大细胞和 CD8⁺ T 细胞的激活呈正相关，这些免疫细胞的激活会释放组胺和细胞因子，加重心肌损伤。

值得注意的是，虽然研究发现 BRD4 在心脏组织整体中的表达有所下降，但单细胞分析却显示其在心肌细胞、树突状细胞和内皮细胞中的表达增加。这可能是由于传统 mRNA 微阵列分析使用的是混合组织样本，掩盖了不同细胞类型之间的差异。而单细胞测序提供了更高分辨率的分析，揭示了 BRD4 在不同细胞类型中的特异性反应机制。此外，BRD4 在不同细胞类型中可能发挥着不同的功能，其与不同免疫细胞的正负相关性反映了它在 HF 病理生理过程中的双重作用。

ROC 分析结果表明，BRD4 具有较高的诊断准确性，有望成为 HF 的潜在生物标志物。未来研究可进一步深入探索 BRD4 在 HF 中的具体机制和作用，开发更有效的 BRD4 抑制剂，为 HF 的治疗提供新的策略。然而，该研究也存在一定的局限性，如样本量有限，且主要依赖生物信息学分析，需要更多的体外和体内实验来验证关键基因和通路的作用。尽管如此，这项研究依然为 HF 的研究开辟了新的方向，为后续探索 HF 的发病机制和治疗方法奠定了坚实的基础。