我们提出了一种整合多组学孟德尔随机化、单细胞转录组学以及基于结构的in silico筛选的实验方案，以系统阐明Drebrin Like（DBNL）-巨噬细胞轴在心力衰竭中的作用。我们建议将DBNL作为一个可靶向的免疫代谢治疗靶点。
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摘要
摘要
心力衰竭（HF）仍然是一个重大的全球健康挑战，目前针对其核心病理生理机制的有效治疗方法十分有限。本研究采用整合的多组学方法，结合孟德尔随机化（MR）和单细胞RNA测序（scRNA-seq），以识别心力衰竭的潜在生物标志物和治疗靶点。我们利用来自全基因组关联研究（GWAS）、表达数量性状位点（eQTL）、甲基化数量性状位点（mQTL）以及蛋白质数量性状位点（pQTL）的数据，探究心力衰竭的遗传机制。通过单细胞RNA测序分析心脏巨噬细胞中的基因表达，并利用拟时序分析研究DBNL在巨噬细胞分化过程中的动态调控作用。分子对接和动力学模拟结果显示，吡啶酸（WY-14643；PubChem CID: 4594；同义词：50892-23-4；WY-14643） 可能是DBNL的潜在调控剂。多组学分析表明，DBNL（Drebrin样蛋白）是与心力衰竭风险相关的关键基因。单细胞RNA测序显示，DBNL主要在心脏巨噬细胞中表达，并在病理条件下表达上调。巨噬细胞中DBNL的表达与免疫代谢及促纤维化通路相关，特别是IL-6/JAK/STAT3、PI3K/AKT/mTOR和TGF-β信号通路。拟时序分析表明，DBNL在巨噬细胞分化过程中具有动态调控作用，尤其在慢性炎症状态下更为显著。分子对接与动力学模拟进一步提示吡啶酸可能在调控DBNL方面发挥潜在作用。本研究阐明了DBNL在心力衰竭进展中的作用，提示其作为治疗靶点的潜力。值得注意的是，该治疗相关性是基于计算预测推断得出的。这些发现为免疫代谢及巨噬细胞介导的细胞间通讯提供了新的见解，为未来DBNL靶向药物的优化和功能研究奠定了理论基础。然而，仍需进一步的实验验证和临床前研究，以证实DBNL作为治疗靶点的临床有效性。
引言
心力衰竭（HF）是一种重大且日益严重的全球健康挑战，影响着全球数百万人，并给医疗系统带来巨大的经济负担1。因此，迫切需要在心力衰竭（HF）管理中采取有效的干预措施。
心力衰竭复杂的病理生理学机制源于左心室心肌收缩功能受损，进而引发一系列全身性并发症，例如肺部和外周充血2。然而，直接干预心力衰竭进展的根本性病理生理机制，尤其是不良心肌重构，仍然是一个关键且尚未满足的临床挑战3。近几十年来，生物医学研究领域经历了重大的范式转变，主要得益于多组学技术与先进生物信息学方法的引入。这些工具为发现新的疾病生物标志物和治疗靶点提供了前所未有的机遇。孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）是一种严谨的遗传流行病学方法，利用单核苷酸多态性（SNPs）作为工具变量，推断遗传暴露与临床结局之间的因果关系4。通过借鉴随机对照试验的方法学框架，孟德尔随机化（MR）能够有效解决混杂因素和反向因果关系问题，为药物靶点的发现与再利用提供可靠的证据。与此同时，单细胞RNA测序（scRNA-seq）以前所未有的分辨率揭示了组织的异质性，深入解析心脏等复杂器官中细胞类型特异性的基因表达模式及细胞间通讯网络5。整合基因组、转录组和蛋白质组数据的多组学....
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方案
数据下载
基因表达数据
本研究使用的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据来自美国国家生物技术信息中心（NCBI）维护的基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO）（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/），具体数据集的登录号为9 GSE161470（包含四例对照样本和一例病理样本的人类心脏组织）。该数据集由Zhang等人于2022年首次发表10，原始研究的主要目标是探究心力衰竭条件下人类心脏组织中的细胞异质性及分子调控机制。在本次分析中，我们选取了该数据集中的五个样本，每个样本均包含来自人类心脏组织的全面单细胞表达谱。本研究所使用的另一个数据集同样来自NCBI GEO公共数据库，即登录号GSE161472对应的系列矩阵文件（Series Matrix File），并附有注释文件GPL11154。该表达谱共包含84个样本，其中包括37个对照样本和47个疾病样本。本研究涵盖整合性多组学分析，所有分析均基于公开可获取的数据进行。
eQTL 数据
eQTL 数据来自 eQTLGen 联盟，旨在阐明血液中基因表达的遗传结构以及影响复杂性状的遗传因素3
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结果
通过孟德尔随机化和共定位分析鉴定与心力衰竭风险相关的基因 DBNL
心力衰竭相关样本的结果标识符 GCST90162626 来源于汇总统计数据集。利用 extract_instruments 和 extract_outcome_data 函数确定了 1,247 对表达数量性状位点（eQTL）与结果之间的因果关系（补充表 2）。随后的孟德尔随机化分析揭示了 567 对与 eQTL 阳性结果相关的基因对（图 1A）。研究发现，包括 MRPL11、CAMK2G、HSP90AB1 和 ATP2B1 在内的 280 个基因与心力衰竭风险降低相关（比值比 [OR] < 1）。相反，ZNF394、DIPK1B、FCRL1 和 COPDA1 等 287 个基因则与心力衰竭风险增加相关（OR > 1）。为评估这 567 个基因中潜在因果关系的可靠性，进行了敏感性分析。留一法分析表明，在排除任一单核苷酸多态性（SNP）后，每个基因的整体因果估计值保持一致，突显了研究结果的稳健性。随后从 deCODE 数据库获取.......
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讨论
尽管炎症是心力衰竭（HF）病理生理学的基本组成部分，但以往的研究主要集中在全身性炎症介质和细胞表面标志物上17,18,24。这种关注限制了对具体细胞机制的阐明。为了克服这些局限性，我们采用了一种整合性方法，将多组学孟德尔随机化（MR）与单细胞转录组分析相结合，由此鉴定出细胞骨架蛋白DBNL可能是HF中一个潜在的新型治疗靶点。
通过孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）、共定位分析以及单细胞RNA测序，我们确定DBNL基因与心力衰竭（HF）风险显著相关。研究结果表明，DBNL主要在心脏巨噬细胞中表达，并参与免疫代谢信号通路。后续的分子对接与分子动力学模拟显示，吡格列酸（pirinixic acid, WY-14643）与DBNL具有较高的结合亲和力。该结合复合物表现出稳定且特异的结构特征，结合自由能为-19.46 kcal/mol，提示二者之间存在显著有利的相互作用。.......
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披露
作者声明不存在任何竞争利益。
致谢
本研究项目受到中国浙江省自然科学基金（LTGY24H020001）、浙江省中医药科技计划项目（2023ZR131，2023ZL158）、宁波市公益类重点项目的资助（2024S030）、关键技术研究与&宁波市38;D计划（2022Z149）、浙江省动脉粥样硬化疾病精准医学重点实验室（2022E10026）以及浙江省医学会临床医学研究专项基金项目（2021ZYC-A11）。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| CellMarker数据库 | 哈尔滨医科大学（CellMarker 2.0） | http://bio-bigdata.hrbmu.edu.cn/CellMarker/ | CellMarker数据库；用于在单细胞注释过程中查询组织/细胞类型标志基因 |
| 比较毒理基因组学数据库（CTD） | CTD（杜克大学等） | http://ctdbase.org/ | CTD数据库；用于检索化学物质、基因、表型与疾病之间的相互作用，应用于药物预测 |
| deCODE血浆蛋白质数量性状位点（pQTL）数据集（2021年，4,907个适配体，35,559个欧洲样本） | deCODE genetics | https://www.decode.com/summarydata/ | 2021年pQTL数据发布；用作孟德尔随机化（MR）分析中的pQTL暴露数据 |
| eQTLGen全血eQTL数据 | eQTLGen联盟 | https://www.eqtlgen.org/ | eQTLGen第一/二期（根据使用情况确定具体版本）；用作MR分析和共定位分析中的eQTL暴露数据 |
| GEO单细胞RNA测序数据集GSE161470（人类心脏组织：4个对照样本 + 1个病理样本） | 美国国家生物技术信息中心基因表达综合数据库（GEO） | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE161470 | GSE161470；用于获取人类心脏组织的单细胞RNA测序数据以进行下游分析 |
| 全基因组关联研究目录（GWAS Catalog） | NHGRI–EBI | https://www.ebi.ac.uk/gwas/ | GWAS Catalog；用于检索与心力衰竭（HF）相关GWAS信息、注释及辅助分析 |
| 心力衰竭GWAS汇总统计信息（GCST90162626） | NHGRI–EBI GWAS Catalog | https://www.ebi.ac.uk/gwas/studies/GCST90162626 | 研究编号：GCST90162626；用作MR分析和共定位分析的结果数据 |
| 分子特征数据库（MSigDB）v7.0 | 布罗德研究所 | https://www.gsea-msigdb.org/gsea/msigdb | MSigDB v7.0；用于GSEA/GSVA分析的背景基因集及通路注释 |
| 吡罗昔酸（WY-14643）结构数据（PubChem） | NCBI PubChem | https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/5694 | PubChem CID：5694；用于获取配体三维结构以进行分子对接和动力学模拟 |
| UniProt蛋白质数据库（DBNL，UniProt ID：Q9UJU6） | UniProt联盟 | https://www.uniprot.org/uniprot/Q9UJU6 | UniProt：Q9UJU6；用于获取DBNL蛋白的氨基酸序列以进行结构预测和对接 |
| 全血mQTL荟萃分析（参考文献11，3,701个欧洲样本，426,636个mQTL特征） | 作者/联盟（依据参考文献11） | 待作者补充原始数据库URL/DOI | 参考文献DOI或数据集ID；用作MR分析中的mQTL暴露数据 |
参考文献
- Darvish, M., et al. Heart failure: Assessment of the global economic burden. Eur Heart J. 46 (31), 3069-3078 (2025).
- Giambartolomei, C., et al. Bayesian test for colocalisation between pairs of genetic association studies using summary statist....
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重印与许可
