基于大鼠心肌组织mRNA表达谱筛选冠状动脉性猝死相关生物标志物

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2022.420509

摘要/Abstract

摘要：

目的探寻冠状动脉性猝死（sudden coronary death，SCD）大鼠心肌组织信使RNA（messenger RNA，mRNA）的差异表达，为SCD的法医学鉴定提供思路。方法建立SCD大鼠模型，利用二代测序技术进行转录组测序；用R软件limma包筛选SCD大鼠心肌组织中差异表达基因（differentially expressed gene，DEG），使用STRING数据库及Cytoscape 3.8.2软件对DEG构建蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络，并基于cytoHubba插件筛选相关hub基因。用R软件clusterProfiler包对筛选到的DEG进行生物学功能和信号通路富集分析。结果共有177个DEG与SCD相关，主要参与肾素-血管紧张素系统、PI3K-Akt信号通路等。血管紧张素原（angiotensinogen，AGT）、补体成分4a（C4a）、Fos原癌基因（Fos proto-oncogene，FOS）等基因在SCD的发生发展过程中发挥关键作用。结论 AGT、C4a、FOS等基因有望成为鉴定SCD的潜在生物标志物，基于mRNA表达谱的研究可为SCD的法医学鉴定提供参考。

关键词: 法医病理学, 冠状动脉性猝死, 信使RNA, 差异表达基因, 生物标志物, 心肌缺血, 死亡原因, 大鼠

Abstract:

Objective To explore the differential expression of messenger RNA （mRNA） in myocardial tissues of rats with sudden coronary death （SCD）, and to provide ideas for the forensic identification of SCD. Methods The rat SCD model was established, and the transcriptome sequencing was performed by next-generation sequencing technology. Differentially expressed genes （DEGs） in myocardial tissues of SCD rats were screened by using the R package limma. A protein-protein interaction （PPI） network was constructed by using the STRING database and Cytoscape 3.8.2 on DEG, and hub genes were screened based on cytoHubba plug-in. Finally, the R package clusterProfiler was used to analyze the biological function and signal pathway enrichment of the selected DEG. Results A total of 177 DEGs were associated with SCD and were mainly involved in the renin-angiotensin system and PI3K-Akt signaling pathway. The genes including angiotensinogen （AGT）, complement component 4a （C4a）, Fos proto-oncogene （FOS） and others played key roles in the development of SCD. Conclusion Genes such as AGT, C4a, FOS and other genes are expected to be potential biomarkers for forensic identification of SCD. The study based on mRNA expression profile can provide a reference for forensic identification of SCD.

Key words: forensic pathology, sudden coronary death, messenger RNA （mRNA）, differentially expressed gene, biomarker, myocardial ischemia, cause of death, rats

中图分类号:

DF795.1

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图/表 10

表1 大鼠血脂浓度 (n=12，xˉ±s)

Tab. 1 Blood lipid levels in rat models

喂养方式	TC/（mmol·L^-1）	TG/（mmol·L^-1）	LDL/（mmol·L^-1）	HDL/（mmol·L^-1）	AI
正常饮食	2.69±0.22	0.79±0.41	0.37±0.05	0.77±0.05	2.49±0.08
高脂喂养	4.31±0.87^1）	0.67±0.12	1.83±0.53^1）	0.56±0.03^1）	6.75±1.65^1）

图1 各组大鼠冠状动脉和心肌的组织病理学改变（HE×400）A：假手术组冠状动脉；B：AMI组冠状动脉；C：AS组冠状动脉；D：ASD组冠状动脉；E：假手术组心肌组织；F：AMI组心肌组织；G：AS组心肌组织；H：ASD组心肌组织。

Fig. 1 Histopathologic changes of coronary artery and myocardium of rats in each group （HE×400）

图2 各组大鼠的心电图A：假手术组；B：AMI组；C：AS组；D：ASD组。

Fig. 2 Electrocardiograms of rats in each group

表2 大鼠心肌组织测序数据统计结果

Tab. 2 Statistical results of rat myocardial tissue sequencing data

样本	序列数/条	碱基数/个	GC含量/%	≥Q30/%	样本	序列数/条	碱基数/个	GC含量/%	≥Q30/%
S1	20 527 616	6 129 314 552	48.03	95.35	AS1	18 827 851	5 629 650 080	47.58	95.88
S2	25 910 645	7 734 882 626	48.66	93.52	AS2	27 421 046	8 184 665 328	47.47	95.60
S3	28 301 609	8 439 784 084	48.24	94.99	AS3	24 494 060	7 316 965 518	48.26	95.59
AMI1	21 879 714	6 545 674 098	48.00	95.52	ASD1	20 223 952	6 042 369 072	49.25	96.03
AMI2	20 292 172	6 047 846 216	47.88	95.06	ASD2	20 320 135	6 064 660 552	48.11	96.33
AMI3	22 494 000	6 725 394 206	48.28	95.36	ASD3	22 158 272	6 611 243 194	47.82	95.64

表3 不同组间DEG的数目 (个)

Tab. 3 Number of DEG between different groups

组别	DEG	上调基因	下调基因
假手术组-AMI组	69	30	39
假手术组-AS组	809	317	492
AS组-ASD组	196	61	135

图3 不同组间DEG的表达变化A：假手术组-AMI组；B：假手术组-AS组；C：AS组-ASD组。红色示表达上调，蓝色示表达下调。

Fig. 3 Changes of DEG expression in different groups

图4 不同组间DEG的韦恩图

Fig. 4 Venn diagram of DEG between different groups

图5 不同组间差异基因的GO富集结果A：假手术组-AMI组；B：假手术组-AS组；C：AS组-ASD组。红色为生物学功能，蓝色为分子功能，绿色为细胞组分。

Fig. 5 GO enrichment results of differential genes between different groups

图6 不同组间差异基因的KEGG富集结果A：假手术组-AMI组；B：假手术组-AS组；C：AS组-ASD组。气泡计数值及Ratio值越大，通路相关性越高。

Fig. 6 KEGG enrichment results of differential genes between different groups

图7 不同组间排名前10位hub基因的共表达及互作网络A：假手术组-AMI组；B：AS组-ASD组；C：假手术组-AS组。基因之间的连线代表相互作用关系，基因的Degree值越大，颜色越深。

Fig. 7 Co-expression and interaction network of the top 10 hub genes among each group

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