乳酸代谢相关基因特征与T细胞亚群改变在心房颤动中的整合单细胞与批量转录组分析

这篇研究通过整合批量与单核RNA测序数据，揭示了心房颤动（AF）中乳酸代谢相关基因（SLC16A1、MRPL44等）与CD4+/CD8+ T细胞亚群失衡的关联，构建了诊断模型（AUC=0.909），并发现代谢相关T细胞亚群（CLM-T）减少及CD45/THBS信号增强，为AF的免疫代谢机制提供了新见解。

　　

背景

心房颤动（AF）作为全球最常见的心律失常，与T细胞介导的免疫改变密切相关。近年研究发现，乳酸代谢通过组蛋白乳酸化修饰和GPR81信号通路调控T细胞功能，但其在AF中的具体作用尚未明确。

方法

研究整合了AF与窦性心律（SR）患者的批量RNA测序数据（GSE79768、GSE41177）和单核RNA测序数据（GSE255612）。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）和差异表达分析筛选乳酸代谢相关基因（LRGs），并利用随机森林（RF）等机器学习算法构建诊断模型。小鼠AF模型通过尾静脉注射乙酰胆碱-氯化钙混合液建立，关键基因表达通过qRT-PCR验证。

结果

1. 关键基因鉴定：WGCNA分析锁定MEblue和MEturquoise模块，与AF表型强相关（r=0.63-0.69）。最终筛选出6个核心基因：SLC16A1（乳酸转运体）、MRPL44（线粒体核糖体蛋白）、FLI1（转录因子）、COX16（细胞色素c氧化酶组装因子）、COG3（高尔基体转运蛋白）和CD46（补体调节蛋白）。

2. 免疫微环境特征：AF患者中静息记忆CD4⁺ T细胞增多而CD8⁺ T细胞减少，且6个基因均与T细胞亚群比例显著相关（p<0.05）。

3. 诊断模型：RF模型表现最优（AUC=0.971），外部验证AUC达0.909。CD46和FLI1等基因单变量ROC曲线AUC均超过0.8。

4. 单细胞层面发现：

   • T细胞异质性：鉴定出3个亚群——Th1极化记忆T细胞（Th1-MT）、心脏脂质适应记忆T细胞（CLM-T）和NK样细胞毒性T细胞（NK-CTL）。AF组CLM-T比例显著降低（p<0.01），该亚群高表达代谢基因（NNMT、LRP1）。

   • 代谢重编程：CLM-T的糖酵解和脂肪酸代谢活性最高，而对照组Th1-MT的乳酸代谢活性显著高于AF组（p<0.05）。

   • 细胞间通讯：AF中CLM-T与其他T细胞通过CD45（免疫激活）和THBS1（血栓调节蛋白）信号增强交互，而LAMININ（基质粘附）通路被抑制。

5. 动物实验验证：AF小鼠模型显示左心房扩大（LAD↑）、射血分数下降（LVEF↓），且6个关键基因在心房组织中的mRNA表达均显著上调（p<0.01）。

讨论

研究首次将乳酸代谢基因与AF的T细胞免疫失调关联：

• 临床意义：SLC16A1作为乳酸转运体可能通过酸化微环境促进T细胞功能紊乱，而CD46的补体调控作用或参与AF心房纤维化。

• 代谢-免疫轴：CLM-T的减少提示代谢适应性T细胞耗竭可能驱动AF进展，与肿瘤微环境中T细胞耗竭机制类似。

• 治疗靶点：THBS1-TGFβ轴和CD45信号通路或成为干预新方向。

局限性

小鼠模型未能完全模拟人类AF慢性病程，且缺乏T细胞浸润的直接证据。未来需扩大队列并探索基因敲除对心律失常的影响。

结论

乳酸代谢相关基因标志物和T细胞代谢重塑为AF的免疫机制提供了新视角，其诊断模型和代谢干预策略具有转化潜力。