探寻衰老相关基因靶点，解锁冠心病治疗新密码

《BMC Medical Genomics》：Genetic targets related to aging for the treatment of coronary artery disease

为探究衰老相关基因与冠心病（CAD）的潜在机制并进行分子药物预测，研究人员分析了 CAD 患者循环白细胞基因表达谱。研究确定了 8 个与 CAD 相关的衰老特征基因（ARCGs），发现维甲酸和白藜芦醇有潜在治疗效果。这为 CAD 的诊断和治疗提供了新方向。

　　在心血管疾病的大舞台上，冠心病（Coronary Artery Disease，CAD）是最常见且威胁人类健康的 “主角” 之一。全球范围内，2022 年就有 3.15 亿人饱受 CAD 的困扰 ，其患病率如同高悬的达摩克利斯之剑，时刻威胁着人们的生命健康。尽管药物治疗和血管重建疗法在一定程度上缓解了病情，但 CAD 依然是人类健康的重大挑战。

随着年龄增长，人体仿佛一部逐渐老化的机器，各部件开始出现问题，而心血管系统的衰老更是 CAD 发生发展的核心因素。过往研究虽发现一些关键衰老基因如 APOE、FOXO1 和 IGF-1 与 CAD 相关，但衰老相关基因和免疫浸润在 CAD 中的关系却鲜有人深入探究。

在此背景下，来自苏州大学附属第三医院心内科、上海东方医院心内科以及南京医科大学第一附属医院麻醉与围手术期医学科的研究人员，踏上了探索 CAD 与衰老相关基因奥秘的征程。他们的研究成果发表在《BMC Medical Genomics》杂志上，为 CAD 的防治带来了新曙光。

为了深入挖掘 CAD 与衰老相关基因的关系，研究人员运用了多种技术方法。首先，从 Gene Expression Omnibus（GEO）数据库下载 CAD 患者循环白细胞的基因表达谱（GSE12288）和动脉内膜单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据（GSE159677） ，同时从 GeneCards 和 Human Aging Genomic Resources 获取衰老相关基因。接着，利用 “limma” 软件包筛选差异表达基因，并通过 Venn 图得到衰老相关差异基因（ARDGs）。随后，借助最小绝对收缩和选择算子（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator，LASSO）和随机森林（Random Forest，RF）算法进一步筛选出与 CAD 相关的衰老特征基因（ARCGs） 。此外，还运用了 CIBERSORT 算法评估免疫细胞浸润情况，通过分子对接探索潜在靶向药物，利用 scRNA-seq 分析基因在单细胞水平的表达。

研究结果如下：

1. CAD 相关 ARDGs 的鉴定和功能分析：通过对 GSE12288 数据的分析，研究人员筛选出 924 个差异表达基因，与 497 个衰老基因相交后得到 37 个 ARDGs。GO 和 KEGG 富集分析显示，这些基因主要参与细胞应激反应、细胞死亡、PI3K-Akt 信号通路、HIF-1 信号通路等。
2. CAD 相关 ARCGs 的筛选：运用 LASSO 和 RF 算法，最终确定了 8 个 CAD 相关 ARCGs，分别为 HK₃、CDK18、TFAP4、FGFR3、ITPK1、HIF1A、TCF7L2 和 NOX4。基于这些 ARCGs 构建的模型对 CAD 有良好的诊断效率，受试者工作特征曲线（ROC）的曲线下面积（AUC）达到 0.761。
3. ARCGs 与免疫细胞和临床特征的相关性：CIBERSORT 算法分析表明，CAD 患者中 CD4⁺初始 T 细胞表达显著降低，M0 巨噬细胞表达显著增加。Pearson 相关性分析发现，ITPK1 与 M0 巨噬细胞和中性粒细胞呈正相关，与 CD4⁺初始 T 细胞和 M2 巨噬细胞呈负相关；NOX4 与活化的记忆 CD4⁺T 细胞呈正相关，与 CD4⁺初始 T 细胞呈负相关等。此外，ITPK1 和 NOX4 的表达与 CAD 指数显著正相关，ITPK1 还与年龄正相关。
4. 基于 ARCGs 构建 CAD 衰老模型：根据 8 个 ARCGs 的表达，将 110 例 CAD 患者分为衰老簇 A 和 B。主成分分析（PCA）显示两个簇之间有良好的区分度。
5. 两个模型功能特征的差异：通过筛选两个簇之间的差异表达基因，发现这些基因主要富集在阴离子运输、电压门控钾通道、细胞间黏附等功能通路。基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA）显示，衰老簇 A 中 ECM 受体相互作用、粘着斑等通路上调；衰老簇 B 中氨基糖和核苷酸糖代谢、嘧啶代谢等通路上调。
6. 分子药物的筛选和分子对接验证：以 8 个 ARCGs 为药物靶点，利用 DSigDB 数据库筛选出潜在的靶向药物，如 4 - 羟基他莫昔芬、N - 乙酰 - L - 半胱氨酸、白藜芦醇、维甲酸等。分子对接结果显示，白藜芦醇与 HIF1A 的结合能为 - 6.1 kcal/mol，维甲酸与 FGFR3、HIF1A 和 HK₃的结合能分别为 - 7.0 kcal/mol、-5.9 kcal/mol 和 - 7.4 kcal/mol，表明维甲酸和白藜芦醇有成为 CAD 治疗药物的潜力。
7. scRNA-seq 分析 ARCGs 在单细胞中的表达：通过整合 3 例 CAD 患者的单细胞数据，得到 8 个细胞亚群。分析发现，NOX4 主要在巨噬细胞中表达，TCF7L2 主要在平滑肌细胞中表达，HIF1A 在所有细胞亚群中均有表达，ITPK1 主要在 T 细胞和单核细胞中表达。

在研究结论和讨论部分，研究人员成功筛选出与 CAD 相关的 ARCGs，构建了不同的 CAD 衰老簇，并探索了相关功能通路。同时，通过分子对接验证了维甲酸和白藜芦醇作为潜在治疗药物的可行性。这表明衰老基因在 CAD 的发病和进展中起着重要作用，针对这些靶点的分子药物具有潜在的治疗效果。然而，该研究也存在一定局限性，如数据来自公共数据库，具体机制和可靠性需进一步临床或实验验证，且 CAD 潜在机制中的细胞衰老、血管衰老和营养感知障碍等方面也有待深入探究。但总体而言，这项研究为 CAD 的发病机制研究和治疗提供了新的视角和方向，为后续更深入的研究奠定了坚实基础，有望推动 CAD 防治领域的进一步发展。