铁死亡相关基因AKR1C3和HOXB4在急性心肌梗死中的作用

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目的:本研究通过Meta分析,旨在探究急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患者的外周血铁离子水平有无显著变化;通过生信分析、动物和细胞实验验证等方法,旨在确定对AMI具有较高诊断价值的铁死亡相关基因和对于心肌细胞铁死亡的调控作用,并探索作用于该基因轴的药物。方法:1)以“铁离子”、“铁”、“外周血”、“血清铁”、“冠心病”、“心肌梗死”为关键词检索中国知网、万方、PubMed、和Web of Science数据库,手动筛选检索所得文献。利用Review Manager合并数据并进行meta分析。2)检索公共数据库,下载包含AMI患者和健康对照人群的外周血转录组测序数据,利用R软件中“limma”包分析差异表达基因,结合文献报道,确定候选基因。利用JASPAR2020数据库和双荧光素酶报告基因实验确定候选基因的转录因子。收集本院AMI和对照组的外周血样本(AMI组=16,对照组=16),RT-qPCR检测基因表达水平。R软件“rms”包构建逻辑回归诊断模型,使用meta分析进行验证。3)用结扎SD大鼠左冠动脉前降支的方法构建AMI模型组,相应建立假手术组,建模14天后行心脏超声检查,随后处死大鼠并收集心脏标本,免疫组化检测基因表达水平。构建AKR1C3及其转录因子HOXB4过表达的H9C2细胞,检测其对铁死亡的调控能力。4)利用cMAP数据库和FerrDB数据库预测靶向小分子药物。细胞水平论证该药物对心肌细胞铁死亡的调控作用。结果:1)共有7项研究纳入meta分析中,7项研究异质性较高(P<0.01)。随机效应模型分析结果表明,AMI组患者的血清铁含量显著下降(Std.Mean Difference=-1.98,95%CI=-3.20~-0.77)。2)一共有6个公共数据集纳入研究,包括GSE34198、GSE42148、GSE48060、GSE97320、GSE60993和GSE61144。以GSE48060和GSE97320作为训练集,通过批次校正和差异基因分析,共鉴定出82个差异表达基因。AKR1C3是目前已知的铁死亡调控基因,且在AMI患者外周血中差异表达。HOXB4可转录激活AKR1C3。HOXB4和AKR1C3在本院的AMI患者外周血中均显著下调。基于AKR1C3和HOXB4的表达水平,构建诊断评分系统:H-A评分=140.931-3.099*基因表达量(AKR1 C3)-17.572*基因表达量(HOXB4)。H-A评分可以显著区分AMI人群(OR=1.18,95%CI=1.02-1.36)。3)在AMI模型大鼠心肌细胞中,HOXB4和AKR1C3表达水平下降。HOXB4和AKR1C3过表达均可显著抑制Erastin诱导的H9C2细胞铁死亡。4)褪黑素被初步鉴定为靶向于HOXB4-AKR1C3轴抑制心肌细胞铁死亡的小分子药物。体外实验表明褪黑素可通过靶向HOXB4-AKR1C3轴抑制Erastin所致的心肌细胞铁死亡。结论:相对于对照人群,AMI患者的外周血中铁离子含量显著下降;研究表明,铁死亡基因AKR1C3及其转录因子HOXB4是潜在的AMI诊断标志物;机制研究表明,HOXB4可以转录激活AKR1C3抑制心肌细胞铁死亡,且褪黑素可通过作用于该分子轴抑制Erastin所致的心肌细胞铁死亡。
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