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目的与背景:缺血性心脏病(IHD)和糖尿病心肌病(DCM)是糖尿病患者常见的死亡原因,其发病机制具有一定的共性;病理上二者也具有共性,均表现为冠状动脉循环改变,心肌细胞因缺血和缺氧而引起凋亡、坏死和丢失,最终导致猝死或心力衰竭,因此,它们在法医病理学鉴定具有相当的困难性。进一步探讨IHD、DCM和糖尿病并发IHD和DCM基因变化及其有关潜在基因的作用机制等具有重要的理论研究价值及法医病理鉴定意义。有关研究表明,在糖尿病并发心脏疾病发生发展过程的不同阶段基因表达不同,它们参与了糖尿病并发IHD和DCM的病理过程,有些可能作为多发病潜在的诊断和治疗靶点。系统生物学分析为探索特定因果关联疾病的致病机制提供了策略。所以,本研究利用生物信息学方法跨疾病探讨糖尿病并发IHD和DCM可能的发病机制,进一步获得与其密切相关共享差异表达基因及参与生物学过程的信息,并通过在体外模拟糖尿病环境进行心肌细胞培养,观察H9c2心肌细胞缺氧时关键基因表达等特征,探讨其在糖尿病并发IHD和DCM法医病理学鉴定中的意义。资料与方法:1.通过GEO数据库下载IHD和DCM的m RNA表达芯片,包括两种独立的数据集GSE79962和GSE26887。2.使用GEO2R在线分析工具,分别筛选IHD组、DCM组与对照组之间的基因原始表达数据。3.采用limma包筛选差异表达基因(DEGs),再通过Metascape数据库在线工具分别对DEGs进行功能富集分析,观察其生物学过程和KEGG Pathway富集情况,然后通过基因倍数变化方向,筛选与IHD和DCM均密切相关的DEGs。4.通过在体外模拟糖尿病环境,选用SD大鼠H9c2心肌细胞,然后通过cck-8心肌细胞毒性实验,探索不同时间段糖脂毒性对H9c2心肌细胞细胞活力的影响,最后分为正常组、高糖组、高糖高脂组,高糖高脂缺氧组处理H9c2心肌细胞24小时后收集各组细胞进行Western Blot实验,进一步验证参与之前富集DEGs的生物学过程的关键基因。结果:1.以基因倍数变化(FC)≥2,且p<0.05筛选两个数据集的DEGs,在GSE79962中,与对照组相比,获得127个DEGs,其中46个基因表达上调,81个基因表达下调;在GSE26887中,与对照组相比,发现230个DEGs,其中,131个基因表达上调,99个基因表达下调。然后通过韦恩图(venn)比较两个数据集的DEGs,得出46个重叠的DEGs。2.DEGs的生物学过程(BP)富集分析结果显示,IDH的DEGs主要涉及细胞与基质的粘附正调控、炎症反应正调控等。DCM的DEGs主要涉及细胞外结构组织、平滑肌细胞增殖负调控等。IHD/DCM重叠的DEGs主要涉及细胞外结构组织、急性炎症反应等。3.DEGs的KEGG Pathway富集分析结果显示,IHD的DEGs主要涉及破骨细胞分化信号通路、PPAR信号通路等。DCM的DEGs主要涉及药物代谢-细胞色素P450信号通路、Toll样受体信号通路等。IHD/DCM重叠的DEGs主要涉及补体和凝血级联信号通路。4.通过倍数变化方向筛选共享的DEGs,发现与对照组相比,HMGCS2和ADH1B的表达水平在糖尿病并发IHD和DCM均显著升高,而OTUD1表达水平下降。5.在体外实验中,用含各种浓度棕榈酸(PA)的高糖DMEM培养基分别处理H9c2心肌细胞24h,48h,发现PA的浓度(200～800μM)呈剂量依赖性方式促进细胞死亡,且PA在400u M时的细胞活力约为0u M时的50%。最后通过蛋白免疫印迹实验进一步探讨了正常组、高糖组、高糖高脂组以及高糖高脂联合缺氧处理H9c2心肌细胞24h结果显示,高糖高脂较高糖促进心肌细胞凋亡标志物Bax的表达以及高糖高脂缺氧更易促进H9c2心肌细胞纤维化标志物MMP9表达。结论:1.HMGCS2、ADH1B的表达水平在糖尿病并发IHD和DCM患者心肌中显著升高,而OTUD1表达水平显著下降,提示这三个基因与糖尿病并发IHD和DCM的发生发展密切相关,并有可能作为潜在的诊断、法医病理鉴定生物标志物以及临床治疗靶点。2.高糖环境下,棕榈酸以剂量依赖性方式显着降低细胞活力,可能与糖脂毒性促进H9c2心肌细胞凋亡有关。3.高糖高脂联合缺氧促进了H9c2心肌细胞纤维化,可作为补充糖尿病并发IHD导致心脏病理性重塑的潜在分子机制。