Die wichtigsten Ergebnisse der vorgeschlagenen Studie werden hier vorgestellt und umfassen verschiedene Analysen, die durchgeführt wurden, um die molekularen Mechanismen aufzuklären, die NAFLD und MI zugrunde liegen.
Identifizierung von DEGs
Im GSE89632 Datensatz wurden 76 hochregulierte und 20 herunterregulierte Gene als NAFLD-DEGs identifiziert (Abbildung 2B,D), während der GSE66360 Datensatz 118 hochregulierte und 8 herunterregulierte Gene als MI-DEGs aufwies (Abbildung 2C,E). Anschließend wurden Co-DEGs aus der Überlappung zwischen NAFLD-DEGs und MI-DEGs abgeleitet, wobei 13 hochregulierte DEGs und 1 herunterregulierte DEG unter den co-DEGs identifiziert wurden (Abbildung 2A).
Die Identifizierung von DEGs, die für NAFLD und MI einzigartig sind, sowie von solchen, die beiden Erkrankungen gemeinsam sind, bietet wertvolle Einblicke in die molekularen Prozesse, die diesen Krankheiten zugrunde liegen. Das Verständnis der unterschiedlichen und gemeinsamen Genexpressionsmuster, die mit beiden Erkrankungen verbunden sind, hilft bei der Klärung der Pathophysiologie von NAFLD und MI und kann potenzielle molekulare Ziele für therapeutische Interventionen identifizieren. Weitere Untersuchungen der Co-DEGs könnten kritische Regulatoren oder Signalwege aufdecken, die für die Interaktion zwischen diesen beiden Störungen wesentlich sind, und so die Entwicklung zielgerichteter Therapien erleichtern, die darauf abzielen, die negativen gesundheitlichen Folgen von NAFLD und MI zu mildern.
Anreicherungsanalyse
Die GO-Analyse zeigte, dass NAFLD-DEGs hauptsächlich in den folgenden biologischen Prozessen (BP) angereichert waren: Differenzierung von Fettzellen, Reaktion auf Lipopolysaccharid und Prozesse multizellulärer Organismen (p < 0,05, Abbildung 3A). Für zelluläre Komponenten (CC) waren NAFLD-DEGs hauptsächlich mit dem Phosphatidylinositol-3-Kinase-Komplex, dem sekretorischen Körnerlumen und dem zytoplasmatischen Vesikellumen assoziiert (p < 0,05, Abbildung 3A). In Bezug auf die molekulare Funktion (MF) umfassten die Schlüsselaktivitäten die Aktivität des Phosphatidylinositol-3-Kinase-Regulators, die Aktivität des DNA-bindenden Transkriptionsaktivators (RNA-Polymerase-spezifisch) und die allgemeine Aktivität des DNA-bindenden Transkriptionsaktivators (p < 0,05, Abbildung 3A).
Für MI-DEGs zeigte die BP-Analyse eine Anreicherung der Leukozyten-Chemotaxis, der myeloischen Leukozytenaktivierung und der Zellchemotaxis (p < 0,05, Abbildung 3B). Die CC-Analyse zeigte die Anreicherung in tertiären Granulaten, Ficolin-1-reichen Granulaten und sekretorischen Granulatlumen (p < 0,05, Abbildung 3B). Die MF-Analyse zeigte eine Anreicherung der Aktivität von Mustererkennungsrezeptoren, der RAGE-Rezeptorbindung und der Immunrezeptoraktivität (p < 0,05, Abbildung 3B).
Die KEGG-Anreicherungsanalyse zeigte, dass NAFLD-DEGs in den folgenden Signalwegen signifikant angereichert waren: IL-17, AGE-RAGE, TNF, Osteoklastendifferenzierung, Malaria, rheumatoide Arthritis, Chagas-Krankheit und JAK-STAT-Signalwege (p < 0,05, Abbildung 3C). MI-DEGs waren in IL-17, TNF, Lipidstoffwechsel und Atherosklerose, Toll-like-Rezeptor-Signalweg, C-Typ-Lektinrezeptor-Signalweg, Legionellose, rheumatoider Arthritis und NF-κB-Signalwegen angereichert (p < 0,05, Abbildung 3D). Die Anreicherungsanalyse der Disease Ontology (DO) zeigte, dass die drei wichtigsten DEGs sowohl für NAFLD als auch für MI signifikant mit Atherosklerose, arteriosklerotischen Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Arteriosklerose assoziiert waren (p < 0,05, Abbildung 3E-F).
Analyse von PPI-Netzwerkdiagrammen
Im PPI-Netzwerkdiagramm für NAFLD wurden 92 Knoten und 250 Kanten identifiziert, was ein komplexes Netzwerk von Wechselwirkungen zwischen Proteinen widerspiegelt, die mit dieser Erkrankung assoziiert sind. In ähnlicher Weise zeigte das PPI-Netzwerkdiagramm für MI 117 Knoten und 587 Kanten, was auf ein komplizierteres Netzwerk hinweist, das für die molekulare Landschaft des Myokardinfarkts charakteristisch ist. Darüber hinaus identifizierten die PPI-Netzwerkdiagramme für Co-DEGs 14 Knoten und 21 Kanten, was potenzielle Schlüsselinteraktionen zwischen Proteinen hervorhebt, die zwischen NAFLD und MI geteilt werden (Abbildung 4A-F).
PPI-Netzwerke sind wertvoll für die Konstruktion und Analyse therapeutischer Ziele und liefern wichtige Einblicke in die molekularen Zusammenhänge, die NAFLD und MI zugrunde liegen. Die einzigartigen Netzwerktopologien, die bei NAFLD und MI beobachtet wurden, unterstreichen die unterschiedlichen pathophysiologischen Mechanismen, die an diesen Erkrankungen beteiligt sind. Darüber hinaus deutet die Entdeckung gemeinsamer Verbindungen zwischen Co-DEGs auf mögliche gemeinsame Signalwege oder regulatorische Netzwerke hin, die die Interaktion zwischen MI und NAFLD vermitteln. Weitere Forschungen zu diesen Zusammenhängen könnten neuartige molekulare Ziele für Interventionen und Therapieentwicklung aufzeigen, die möglicherweise neue Behandlungsoptionen für diese komplexen Krankheiten bieten.
Screening der DEGs des Kandidaten-Hubs
Der SVM-RFE-Algorithmus17 wurde verwendet, um nach potenziell entscheidenden DEGs zu suchen, was zur Identifizierung von 6 Genen in GSE89632 und 4 Genen in GSE66360 führte (Abbildung 5A,B). In ähnlicher Weise wurde der LASSO-Algorithmus19 verwendet, um mögliche entscheidende DEGs zu identifizieren, was 4 Gene in GSE89632 und 5 Gene in GSE66360 ergab (Abbildung 5C,D). Bemerkenswert ist, dass ein Venn-Diagramm den Schnittpunkt des Hubs DEG (THBS1) darstellte, der durch SVM-RFE-, LASSO- und co-PPI-Netzwerkanalysen identifiziert wurde, was seine Bedeutung sowohl für die NAFLD- als auch für die MI-Pathogenese unterstreicht (Abbildung 5F).
Diese fortschrittlichen Algorithmen des maschinellen Lernens boten einen robusten Rahmen für die Identifizierung wichtiger DEGs, die mit MI und NAFLD assoziiert sind, und boten wertvolle Einblicke in ihr Potenzial als therapeutische oder diagnostische Ziele. Die Identifizierung von THBS1 als Hub-Gen durch mehrere Analysetechniken unterstreicht seine Bedeutung für die molekularen Signalwege, die beiden Krankheiten zugrunde liegen. Weitere Forschungen zur funktionellen Bedeutung von THBS1 und seinen Wechselwirkungen innerhalb des co-PPI-Netzwerks könnten neue Mechanismen zwischen NAFLD und MI aufklären und möglicherweise den Weg für zielgerichtete Therapien und präzisionsmedizinische Strategien ebnen.
Diagnosewert eines Hub DEGs
Es wurde eine ROC-Analyse durchgeführt, um die diagnostische Effizienz der identifizierten Hub-DEGs sowohl in NAFLD- als auch in MI-Datensätzen zu bewerten. Wie in Abbildung 6A,B dargestellt, zeigte THBS1 eine hohe Unterscheidungskraft mit einer AUC von 0,981 (95% CI: 0,949-1,000) bei NAFLD-Patienten und 0,900 (95% CI: 0,834-0,956) bei MI-Patienten. Die starke Leistung von THBS1 als diagnostischer Biomarker unterstreicht seinen potenziellen Nutzen bei der Unterscheidung zwischen NAFLD, MI und gesunden Kontrollen.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass THBS1 als wertvoller Marker für den Krankheitszustand dienen könnte und Klinikern ein nützliches Instrument zur Risikobewertung und Früherkennung bietet. Um die Integration von THBS1 in die klinische Praxis zu erleichtern und die Patientenversorgung und das Patientenmanagement zu verbessern, sind weitere Validierungsstudien erforderlich, um die diagnostische Genauigkeit über verschiedene Patientenpopulationen und klinische Umgebungen hinweg zu bestätigen.
Analyse der Immuninfiltration
ssGSEA wurde durchgeführt, um 29 immunverwandte Gene zwischen NAFLD/MI und der Kontrollgruppe (CON) zu analysieren. Im Vergleich zur CON-Gruppe war die Infiltration von Immunzellen in der NAFLD- und MI-Gruppe signifikant erhöht, insbesondere für CCR-, MHC-Klasse I-, Neutrophile, Parainflammation und Tfh-Zellen (p < 0,05, Abbildung 7A,B). Umgekehrt nahm die Infiltration von Immunzellen in den NAFLD- und MI-Gruppen im Vergleich zur CON-Gruppe deutlich ab, insbesondere bei CD8+ T-Zellen, zytolytischer Aktivität und tumorinfiltrierenden Lymphozyten (TIL) (p < 0,05, Abbildung 7C,D).
Diese Ergebnisse deuten auf eine Dysregulation der Immunzellinfiltration sowohl bei NAFLD als auch bei MI hin und unterstreichen die komplexe immunologische Landschaft, die mit diesen Erkrankungen verbunden ist. Die beobachteten Veränderungen in der Zusammensetzung der Immunzellen liefern wertvolle Einblicke in die immunologischen Prozesse, die der Entstehung und Pathophysiologie dieser Erkrankungen zugrunde liegen. Ein besseres Verständnis dieser Immuneigenschaften könnte neue therapeutische Ziele für Interventionen aufzeigen und die Entwicklung individualisierter Behandlungspläne auf der Grundlage der immunologischen Profile von Patienten mit NAFLD und MI unterstützen.

Abbildung 1: Der Designablauf des medizinischen Entscheidungsunterstützungssystems zur Identifizierung von THBS1. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Venn-Diagramme, Vulkandiagramme und Heatmaps. (A) Venn-Diagramm für GSE89632 und GSE66360. (B) Ein Vulkandiagramm differentiell exprimierter Gene (DEGs) in GSE89632. (C) Ein Vulkandiagramm der DEGs in GSE66360. (D) Ein Heatmap-Diagramm der DEGs in GSE89632. (E) Ein Heatmap-Diagramm der DEGs in GSE66360. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Anreicherungsanalyse differentiell exprimierter Gene (DEGs). (A) Die fünf wichtigsten NALFD-DEGs angereicherte Genontologie (GO) in biologischen Prozessen (BP), zellulären Komponenten (CC) und molekularen Funktionen (MF). (B) Die fünf wichtigsten MI-DEGs reicherten GO in BP, CC und MF an. (C) Die acht wichtigsten NALFD-DEGs, die die Kyoto-Enzyklopädie der Gene und Genome (KEGG) Signalwege bereichert haben. (D) Die acht wichtigsten MI-DEGs reicherten die KEGG-Signalwege an. (E) Die fünf wichtigsten NALFD-DEGs mit angereicherter Krankheitsontologie (DO). (F) Die fünf größten MI-DEGs haben die DO. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Netzwerkdiagramme der Protein-Protein-Interaktion (PPI). (A) Ein PPI-Netzwerkdiagramm der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD), das von der Online-Plattform String bezogen wurde. (B) Ein PPI-Netzwerkdiagramm von NAFLD, das von Cytoscape erhalten wurde. (C) Ein PPI-Netzwerkdiagramm des Myokardinfarkts (MI), das von der Online-Plattform String erhalten wurde. (D) Ein PPI-Netzwerkdiagramm von MI, das Cytoscape erhalten hat. (E) Ein PPI-Netzwerkdiagramm der Proteininteraktionen. (F) Ein PPI-Netzwerkdiagramm von IL1B und FOS. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Screening der DEGs der Kandidatenhubs. (A) Sechs entscheidende DEGs, die von SVM-RFE in NAFLD ermittelt wurden. (B) Vier entscheidende DEGs, die durch SVM-RFE bei Myokardinfarkt (MI) erhalten werden. (C) Vier entscheidende DEGs, die von LASSO in NAFLD ermittelt wurden. (D) Fünf entscheidende DEGs, die von LASSO in MI erhalten wurden. (E) Nur ein DEG, der aus den obigen Ergebnissen im Venn-Diagramm gewonnen wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Diagnostischer Wert von differentiell exprimierten Genen (DEGs) eines Hubs. (A) ROC-Kurven in NAFLD. (B) ROC-Kurven in MI. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: Verteilung der infiltrierenden Immunzellen und Korrelation zwischen THBS1 und infiltrierenden Immunzellen bei der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) und dem Myokardinfarkt (MI). (A) Verteilung der infiltrierenden Immunzellen bei der NAFLD. (B) Verteilung infiltrierender Immunzellen bei MI. (C) Korrelation zwischen THBS1 und infiltrierenden Immunzellen bei NAFLD. (D) Korrelation zwischen THBS1 und infiltrierenden Immunzellen bei MI. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Abkürzung | Nomenklatur |
| AUC | Fläche unter Kurve |
| BP | Biologischer Prozess |
| CC | Zelluläre Komponente |
| BETRÜGEN | Steuerung |
| DEG | Differentiell exprimierte Gene |
| TUN | Ontologie von Krankheiten |
| LOS | Gen-Ontologie |
| KEGG | Kyoto-Enzyklopädie der Gene und Genome |
| LASSO | Operator für geringste absolute Schrumpfung und Auswahl |
| MF | Molekulare Funktion |
| MI | Myokardinfarkt |
| NAFLD | Nichtalkoholische Fettlebererkrankung |
| PPI | Protein-Protein-Wechselwirkung |
| ROCH | Kennlinien des Empfängerbedieners |
| ssGSEA | Analyse der Gensatzanreicherung in einer Probe |
| SVM-RFE | Support Vector Machine-Rekursive Feature-Eliminierung |
| THBS1 | Thrombospondin 1 |
Tabelle 1: Simulationsparameter, die bei den Experimenten verwendet wurden.