小鼠急性心肌梗死后不同时间点的基因表达谱

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2021.410505

法医学杂志 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (3): 343-349.DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2021.410505

小鼠急性心肌梗死后不同时间点的基因表达谱

李昊¹(), 贾孝²(), 白雅琴¹, 吴鹏¹, 郭华林³, 贠克明¹, 高彩荣¹(), 郭相杰¹()

^1.山西医科大学法医学院，山西晋中 030600
^2.证据科学教育部重点实验室（中国政法大学），北京 100088
^3.内蒙古医科大学，内蒙古呼和浩特 010110

收稿日期:2021-05-25 发布日期:2022-06-25 出版日期:2022-06-28
通讯作者: 高彩荣,郭相杰
作者简介:高彩荣，女，博士，博士研究生导师，主要从事猝死相关的法医病理学研究；E-mail：gaocairong5175@163.com
郭相杰，男，博士，硕士研究生导师，副教授，主要从事疑难复杂死因的法医病理学鉴定研究；E-mail：258187101@qq.com
李昊（1995—），男，硕士研究生，主要从事猝死相关法医病理学研究；E-mail：442501844@qq.com
贾孝（1994—），女，硕士研究生，主要从事法医临床学研究；E-mail：794001305@qq.com第一联系人：李昊和贾孝为共同第一作者
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81971790);山西省基础研究计划资助项目(20210302123314)

Gene Expression Profiles at Different Time Points after Acute Myocardial Infarction in Mice

Hao LI¹(), Xiao JIA²(), Ya-qin BAI¹, Peng WU¹, Hua-lin GUO³, Ke-ming YUN¹, Cai-rong GAO¹(), Xiang-jie GUO¹()

^1.School of Forensic Medicine, Shanxi Medical University, Jinzhong 030600, Shanxi Province, China
^2.Key Laboratory of Evidence Science, Ministry of Education, China University of Political Science and Law, Beijing 100088, China
^3.Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010110, Inner Mongolia, China

Received:2021-05-25 Online:2022-06-25 Published:2022-06-28
Contact: Cai-rong GAO,Xiang-jie GUO

摘要/Abstract

摘要：

目的探寻急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）小鼠心肌组织mRNA的差异表达及时序性变化规律。方法从基因表达综合数据库中下载小鼠AMI相关数据集GSE4648，筛选数据集中AMI实验组和假手术对照组术后0.25、1、4、12、24、48 h 6个时间点左心室心肌组织样本各6个，空白对照组左心室心肌组织样本数据6个，共78个样本数据进行分析。使用R软件包中的Bioconductor package limma分析差异表达基因，使用clusterProfiler进行功能通路富集分析，使用STRING数据库及Cytoscape软件构建蛋白质-蛋白质相互作用关系（protein-protein interaction，PPI）网络、Degree拓扑算法确定关键基因，最后使用Mfuzz进行时序性聚类分析。结果共1 320个差异表达基因与AMI发生发展有关。功能富集结果包括细胞分解代谢过程、炎症反应的调控、肌肉系统及脉管系统发育、细胞黏附等，信号通路主要富集于丝裂原活化蛋白激酶信号通路。AMI关键基因包括MYL7、TSC22D2、HSPA1A、BTG2、NR4A1、RYR2，在AMI发生后0.25~48 h出现不同程度的上调或下调。结论 AMI中差异表达基因的功能信号通路及关键基因的时序性表达可能为AMI的法医学鉴定提供参考。

关键词: 法医病理学, 生物信息学, 急性心肌梗死, 差异表达基因, 时序性表达, 小鼠

Abstract:

Objective To explore the mRNA differential expressions and the sequential change pattern in acute myocardial infarction （AMI） mice. Methods The AMI mice relevant dataset GSE4648 was downloaded from Gene Expression Omnibus （GEO）. In the dataset， 6 left ventricular myocardial tissue samples were selected at 0.25， 1， 4， 12， 24 and 48 h after operation in AMI group and sham control group， and 6 left ventricular myocardial tissue samples were selected in blank control group， a total of 78 samples were analyzed. Differentially expressed genes （DEGs） were analyzed by R/Bioconductor package limma， functional pathway enrichment analysis was performed by clusterProfiler， protein-protein interaction （PPI） network was constructed by STRING database and Cytoscape software， the key genes were identified by Degree topological algorithm， cluster sequential changes on DEGs were analyzed by Mfuzz. Results A total of 1 320 DEGs were associated with the development of AMI. Functional enrichment results included cellular catabolic process， regulation of inflammatory response， development of muscle system and vasculature system， cell adhesion and signaling pathways mainly enriched in mitogen-activated protein kinase （MAPK） signaling pathway. The key genes of AMI included MYL7， TSC22D2， HSPA1A， BTG2， NR4A1， RYR2 were up-regulated or down-regulated at 0.25-48 h after the occurrence of AMI. Conclusion The functional signaling pathway of DEGs and the sequential expression of key genes in AMI may provide a reference for the forensic identification of AMI.

Key words: forensic pathology, bioinformatics, acute myocardial infarction, differentially expressed genes, sequential expression, mice

中图分类号:

DF795.1

李昊, 贾孝, 白雅琴, 吴鹏, 郭华林, 贠克明, 高彩荣, 郭相杰. 小鼠急性心肌梗死后不同时间点的基因表达谱[J]. 法医学杂志, 2022, 38(3): 343-349.

Hao LI, Xiao JIA, Ya-qin BAI, Peng WU, Hua-lin GUO, Ke-ming YUN, Cai-rong GAO, Xiang-jie GUO. Gene Expression Profiles at Different Time Points after Acute Myocardial Infarction in Mice[J]. Journal of Forensic Medicine, 2022, 38(3): 343-349.

图/表 8

图1 不同时间点差异表达基因的表达变化A：0.25 h；B：1 h；C：4 h；D：12 h；E：24 h；F：48 h。红色为表达上调，蓝色为表达下调。

Fig. 1 The expression changes of DEG at different time points

表1 结扎冠状动脉左前降支后不同时间点的差异表达基因数量 (个)

Tab. 1 The number of differentially expressed gene at different time points after the ligations of left anterior decending coronary artery

时间点/h	上调	下调	合计
0.25	1	1	2
1	22	5	27
4	37	2	39
12	201	16	217
24	484	84	568
48	404	63	467

图2 不同时间点差异表达基因的GO富集结果A：1 h；B：4 h；C：12 h；D：24 h；E：48 h。红色为生物功能，蓝色为分子功能，绿色为细胞组分。

Fig. 2 The GO enrichment analysis of differentially expressed genes at different time points

图3 不同时间点差异表达基因的KEGG富集结果A：1 h；B：4 h；C：12 h；D：24 h；E：48 h。基因比值是指富集到该通路的基因数占全部差异基因数的比值。

Fig. 3 The KEGG enrichment analysis of differentially expressed genes at different time points

图4 关键基因的共表达及互作网络A：1 h；B：4 h；C：12 h；D：24 h；E：48 h。Degree值越大，颜色越深。

Fig. 4 The co-expression and interaction network of key genes

图5 不同时间点差异表达基因交集韦恩图红色：1 h；蓝色：4 h；橙色：12 h；绿色：24 h；紫色：48 h。数字分别代表各时间点差异表达基因数量。

Fig. 5 The Venn diagram of the intersection of differentially expressed genes at different time points

表2 TSC22D2、NR4A1、MYL7、HSPA1A、BTG2在AMI后的时序性表达

Tab. 2 The post-AMI sequential expression of TSC22D2， NR4A1，MYL7， HSPA1A and BTG2

基因	0.25 h	1 h	4 h	12 h	24 h	48 h
TSC22D2	-	1.009 7	1.077 1	1.184 8	1.606 2	1.493 4
NR4A1	-	1.159 9	1.686 5	1.314 9	-	-
MYL7	-2.462 7	-3.086 4	-3.200 8	-3.113 9	-	-
HSPA1A	-	1.581 5	3.082 3	5.334 3	4.713 0	-
BTG2	-	1.149 4	1.265 9	1.397 0	-	-
RYR2	-	1.056 8	1.014 6	-	-	-

图6 AMI后12、24、48 h差异表达基因的时序性表达A：先上调后下调基因；B：上调基因；C：下调基因。红色为该聚类中心变化，黄-灰-蓝颜色变化表示依次偏离聚类中心。

Fig. 6 The sequential expression of post-AMI of different expressed genes at 12 h， 24 h and 48 h

参考文献 22

1	JENNINGS R B， GANOTE C E. Structural changes in myocardium during acute ischemia[J]. Circ Res，1974，35（S3）：156-172.
2	MICHAUD K， BASSO C， D’AMATI G， et al. Diagnosis of myocardial infarction at autopsy： AECVP reappraisal in the light of the current clinical classification[J]. Virchows Arch，2020，476（2）：179-194. doi：10.1007/s00428-019-02662-1 .
3	LORENZON DOS SANTOS J， SCHAAN DE QUADROS A， WESCHENFELDER C， et al. Oxidative stress biomarkers， nut-related antioxidants， and cardiovascular disease[J]. Nutrients，2020，12（3）：682. doi：10.3390/nu12030682 .
4	HARPSTER M H， BANDYOPADHYAY S， THOMAS D P， et al. Earliest changes in the left ventricular transcriptome post-myocardial infarction[J]. Mamm Genome，2006，17（7）：701-715. doi：10.1007/s00335-005-0120-1 .
5	THYGESEN K， ALPERT J S， JAFFE A S， et al. Fourth universal definition of myocardial infarction （2018）[J]. Eur Heart J，2018，40（3）：237-269. doi：10.1093/eurheartj/ehy462 .
6	郑大，殷坤，郑晶晶，等. 心脏性猝死的法医学研究进展[J].法医学杂志，2017，33（5）：457-469. doi：10.3969/j.issn.1004-5619.2017.05.002 .
	ZHENG D， YIN K， ZHENG J J， et al. Research progress of sudden cardiac death in forensic medicine[J]. Fayixue Zazhi，2017，33（5）：457-469.
7	MYERBURG R J， JUNTTILA M J. Sudden cardiac death caused by coronary heart disease[J]. Circulation，2012，125（8）：1043-1052. doi：10.1161/CIRCULATIONAHA.111.023846 .
8	MUSLIN A J. MAPK signalling in cardiovascular health and disease： Molecular mechanisms and therapeutic targets[J]. Clin Sci，2008，115（7）：203-218. doi：10.1042/CS20070430 .
9	WANG Q L， QU X Q， ZHENG L， et al. Atorvastatin improves cardiac function of mice with acute myocardial infarction by interfering in macrophages to activate mitogen-activated protein kinase pathway[J]. Panminerva Med，2021，63（2）：236-237. doi：10.23736/S0031-0808.19.03680-2 .
10	SURESH R， LI X， CHIRIAC A， et al. Transcriptome from circulating cells suggests dysregulated pathways associated with long-term recurrent events following first-time myocardial infarction[J]. J Mol Cell Cardiol，2014，74：13-21. doi：10.1016/j.yjmcc. 2014.04.017 .
11	NEWMAN M S， NGUYEN T， WATSON M J， et al. Transcriptome profiling reveals novel BMI- and sex-specific gene expression signatures for human cardiac hypertrophy[J]. Physiol Genom，2017，49（7）：355-367. doi：10.1152/physiolgenomics.00122.2016 .
12	KATUS H A， DIEDERICH K W， UELLNER M， et al. Myosin light chains release in acute myocardial infarction： Non-invasive estimation of infarct size[J]. Cardiovasc Res，1988，22（7）：456-463. doi：10.1093/cvr/22.7.456 .
13	ISOBE M， NAGAI R， UEDA S， et al. Quantitative relationship between left ventricular function and serum cardiac myosin light chain I levels after coronary reperfusion in patients with acute myocardial infarction[J]. Circulation，1987，76（6）：1251-1261. doi：10.1161/01.cir.76.6.1251 .
14	LIANG F， LI Q， LI X Y， et al. TSC22D2 interacts with PKM2 and inhibits cell growth in colorectal cancer[J]. Int J Oncol，2016，49（3）：1046-1056. doi：10.3892/ijo.2016.3599 .
15	XIAO L， WEI F， LIANG F， et al. TSC22D2 identified as a candidate susceptibility gene of multi-cancer pedigree using genome-wide linkage analysis and whole-exome sequencing[J]. Carcinogenesis，2019，40（7）：819-827. doi：10.1093/carcin/bgz095 .
16	HOOGSTRA-BERENDS F， MEIJERING R A M， ZHANG D L， et al. Heat shock protein-inducing compounds as therapeutics to restore proteostasis in atrial fibrillation[J]. Trends Cardiovasc Med，2012，22（3）：62-68. doi：10.1016/j.tcm.2012.06.013 .
17	ROY S， KHANNA S， KUHN D E， et al. Transcriptome analysis of the ischemia-reperfused remode-ling myocardium： Temporal changes in inflammation and extracellular matrix[J]. Physiol Genom，2006，25（3）：364-374. doi：10.1152/physiolgenomics.00013.2006 .
18	YUNIATI L， SCHEIJEN B， VAN DER MEER L T， et al. Tumor suppressors BTG1 and BTG2： Beyond growth control[J]. J Cell Physiol，2019，234（5）：5379-5389. doi：10.1002/jcp.27407 .
19	HU D X， GU Y， WU D， et al. Icariside II protects cardiomyocytes from hypoxia‑induced injury by upregulating the miR‑7‑5p/BTG2 axis and activating the PI3K/Akt signaling pathway[J]. Int J Mol Med，2020，46（4）：1453-1465. doi：10.3892/ijmm.2020.4677 .
20	LEE S O， LI X， KHAN S， et al. Targeting NR4A1 （TR3） in cancer cells and tumors[J]. Expert Opin Ther Targets，2011，15（2）：195-206. doi：10.1517/14728222.2011.547481 .
21	HILGENDORF I， GERHARDT L M S， TAN T C， et al. Ly-6Chigh monocytes depend on Nr4a1 to balance both inflammatory and reparative phases in the infarcted myocardium[J]. Circ Res，2014，114（10）：1611-1622. doi：10.1161/CIRCRESAHA.114.303204 .
22	MEISSNER G. The structural basis of ryanodine receptor ion channel function[J]. J Gen Physiol，2017，149（12）：1065-1089. doi：10.1085/jgp.201711878 .

[1]	曾勇, 邹冬华, 范颖, 徐晴, 陶陆阳, 陈忆九, 李正东. 人体血管有限元建模及生物力学的研究进展与法医学应用[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 471-477.
[2]	陈建波, 郭影, 陈再勇, 鲍人辉, 孔繁荣. 钩吻中毒死亡法医学鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 509-511.
[3]	马钳钳, 张云, 秦丽娜. 播散型毛霉病致死1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 507-509.
[4]	孙语新, 龚晓娟, 郝秀丽, 田雨馨, 陈艺铭, 张宝, 阎春霞. 婴儿猝死综合征与婴儿感染性猝死共同相关基因的筛选及其调控网络的生物信息学分析[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 433-440.
[5]	高日红, 王新宙, 王冰, 郑立新. 大剂量盐酸地芬尼多与乙醇、氯化钾联合中毒死亡1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 512-515.
[6]	杨宇, 雷梵章, 董玉友, 马剑龙, 石启强, 叶雪松. 口服盐酸地芬尼多中毒死亡案例的回顾性分析[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 393-398.
[7]	向青青, 陈立方, 苏秦, 杜宇坤, 梁沛妍, 康晓东, 石河, 徐曲毅, 赵建, 刘超, 陈晓晖. 微生物群落演替在死亡时间推断中的研究进展[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 399-405.
[8]	苏秦, 陈倩玲, 吴伟斌, 向青青, 杨成梁, 乔东访, 李志刚. 原发性脑干损伤致死大鼠的脑干组织代谢组学分析[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 373-381.
[9]	盛利, 宋国铭. “钢珠”气枪射击致颅脑损伤死亡1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 417-418.
[10]	姚泽伟, 贾自发, 韦铭菲, 史俊展, 李凡. 肝豆状核变性者外伤后脑干出血死亡1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 419-421.
[11]	张旭东, 姜垚如, 梁芯瑞, 田甜, 靳茜茜, 张小红, 曹洁, 杜秋香, 孙俊红. 蛋白质芯片检测技术结合多维统计方法推断死亡时间[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 115-120.
[12]	龙武, 瞿鹏飞, 马琳, 王蕊, 习严梅, 李玉华, 聂胜洁, 段婷, 杜进良, 唐雪, 赵静峰, 雷普平, 王跃兵. 一起云南不明原因猝死案件中4种野生菌的细胞毒性[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 121-128.
[13]	高俊薇, 鹿阳, 李彦军, 邹冬华, 何光龙, 王彦斌. 法医学虚拟解剖实验室建设状况及实验室认可适用性调查[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 186-192.
[14]	陈旭. 儿童甲型流感病毒感染并发急性坏死性脑病致死医疗损害鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 215-217.
[15]	朱伟豪, 秦豪杰, 贾泽雷, 高雯晶, 李凡, 莫耀南. 急性淋巴细胞白血病猝死1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 207-209.

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