解码线粒体氧化应激关键基因在扩张型心肌病中的精准诊疗价值

编辑推荐：本研究针对扩张型心肌病(DCM)缺乏可靠线粒体氧化应激(ROS)生物标志物的难题，通过整合GEO数据库转录组数据与GeneCards基因集，结合共识聚类、蛋白互作网络和机器学习技术，鉴定出VCL、ABCB1、JAK2、KDR、NGF五个核心基因，揭示其通过PPAR/脂代谢通路调控免疫微环境，并筛选出Topotecan等潜在靶向药物，为DCM的早期诊断和个体化治疗提供新策略。

　　扩张型心肌病(DCM)是一种以心室扩张和收缩功能障碍为特征的心力衰竭主要类型，其五年生存率不足50%，临床亟需更有效的诊断标志物和治疗靶点。近年研究发现，线粒体氧化应激(ROS)在DCM发病中扮演关键角色——过量的ROS不仅损伤心肌细胞线粒体DNA和蛋白质，还会通过干扰钙离子平衡、激活炎症反应等途径加速病情进展。然而，目前缺乏可靠的ROS相关分子标志物，制约了精准诊疗的发展。

针对这一空白，苏州九龙医院心血管内科葛晓宁团队联合华中科技大学同济医院开展了一项多组学研究。研究人员从GEO数据库获取383例DCM及非衰竭(NF)左心室组织转录组数据，结合GeneCards筛选的线粒体氧化应激相关基因集，通过共识聚类发现DCM患者存在显著异质性，并鉴定出64个差异表达基因。进一步利用STRING数据库构建蛋白互作网络，结合LASSO回归和随机森林算法，最终锁定VCL、ABCB1、JAK2、KDR、NGF五个核心基因。这些基因在胆固醇转运、脂代谢和细胞凋亡通路中高度富集，其中VCL和ABCB1在NF组高表达，而JAK2在DCM组显著上调。通过CIBERSORT算法分析发现，这些基因与CD8⁺ T细胞、调节性T细胞(Tregs)等免疫细胞浸润显著相关。研究还利用GDSC数据库预测了Topotecan、Afatinib等可能调控核心基因的小分子药物。临床样本验证显示，VCL在DCM患者血液中表达升高，单细胞测序则揭示其特异性富集于平滑肌细胞(SMC)。

关键技术方法包括：1)从GEO获取383例DCM/NF左心室转录组数据(GSE116250、GSE141910)和单细胞数据集(GSE121893)；2)基于GeneCards筛选线粒体氧化应激相关基因；3)采用Limma包进行差异分析；4)通过STRING和Cytoscape构建蛋白互作网络；5)结合LASSO与随机森林筛选核心基因；6)使用CIBERSORT评估免疫浸润；7)RT-qPCR验证12例临床样本。

主要研究结果包括：

差异基因鉴定与功能分析

PCA分析显示DCM与NF组存在显著分离，共发现3755个差异基因。GO分析揭示核心基因主要参与脂质转运和信号通路，GSEA显示其通过AGE-SYS通路影响心肌细胞功能。

核心基因的筛选与验证

PPI网络分析发现VCL与ITGB1等9个基因形成紧密互作模块。机器学习筛选的五个核心基因在ROC曲线中AUC值均>68%，其中ABCB1达80.1%。RT-qPCR证实JAK2在DCM组表达升高2.3倍(p<0.05)。

免疫微环境调控

M2型巨噬细胞和静息CD4⁺ T细胞在DCM组浸润增加。NGF表达与NK细胞浸润呈正相关，而VCL与单核细胞浸润负相关。

药物敏感性预测

CDK9_5576和Afatinib对DCM组细胞IC₅₀值更高，提示其可能通过抑制JAK2发挥治疗作用。

单细胞空间定位

VCL在SMC细胞中特异性表达，KDR主要定位于成纤维细胞(FB)，为细胞靶向治疗提供依据。

该研究首次系统阐明了线粒体氧化应激核心基因在DCM中的调控网络，不仅为疾病诊断提供了VCL等新型生物标志物，还通过免疫浸润分析和药物预测，为开发靶向PPAR通路或调节JAK2活性的个体化治疗方案奠定基础。未来需扩大临床样本验证，并进一步探索这些基因在心肌细胞能量代谢和钙稳态调控中的分子机制。