הממצאים העיקריים של המחקר המוצע מוצגים כאן, המקיפים ניתוחים שונים שנערכו כדי להבהיר את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס NAFLD ו-MI.
זיהוי DEGs
במערך הנתונים של GSE89632, 76 גנים מווסתים כלפי מעלה ו-20 גנים מווסתים למטה זוהו כ-NAFLD-DEGs (איור 2B,D), בעוד שמערך הנתונים של GSE66360 חשף 118 גנים מווסתים כלפי מעלה ו-8 גנים מווסתים כלפי מטה כ-MI-DEGs (איור 2C,E). לאחר מכן, co-DEGs נגזרו מהחפיפה בין NAFLD-DEGs ו-MI-DEGs, וזיהו 13 DEGs מווסתים למעלה ו-DEG אחד מווסת למטה בין ה-co-DEGs (איור 2A).
זיהוי DEGs ייחודיים ל-NAFLD ו-MI, כמו גם אלה המשותפים לשתי ההפרעות, מספק תובנות חשובות לגבי התהליכים המולקולריים העומדים בבסיס מחלות אלה. הבנת דפוסי ביטוי הגנים המובחנים והמשותפים הקשורים לשני המצבים מסייעת להבהיר את הפתופיזיולוגיה של NAFLD ו-MI ועשויה לזהות מטרות מולקולריות פוטנציאליות להתערבות טיפולית. חקירה נוספת של ה-co-DEGs יכולה לחשוף מווסתים או מסלולים קריטיים החיוניים לאינטראקציה בין שתי ההפרעות הללו, ולהקל על פיתוח טיפולים ממוקדים שמטרתם להפחית את התוצאות הבריאותיות השליליות הקשורות ל-NAFLD ו-MI.
ניתוח העשרה
ניתוח GO גילה כי NAFLD DEGs היו מועשרים בעיקר בתהליכים הביולוגיים הבאים (BP): התמיינות תאי שומן, תגובה לליפופוליסכריד ותהליכים של אורגניזמים רב-תאיים (p < 0.05, איור 3A). עבור רכיבים תאיים (CC), NAFLD DEGs היו קשורים בעיקר לקומפלקס פוספטידילינוזיטול 3-קינאז, לומן גרגיר הפרשה ולומן שלפוחית ציטופלזמית (p < 0.05, איור 3A). במונחים של תפקוד מולקולרי (MF), הפעילויות העיקריות כללו פעילות מווסת פוספטידילינוזיטול-3-קינאז, פעילות מפעיל שעתוק קושר DNA (ספציפי ל-RNA פולימראז), ופעילות כללית של מפעיל שעתוק קושר DNA (p < 0.05, איור 3A).
עבור MI-DEGs, ניתוח BP הראה העשרה בכימוטקסיס לויקוציטים, הפעלת לויקוציטים מיאלואידים וכימוטקסיס תאים (p < 0.05, איור 3B). ניתוח CC הדגיש העשרה בגרגירים שלישוניים, גרגירים עשירים בפיקולין-1 ולומן גרגיר מפריש (עמ ' < 0.05, איור 3B). ניתוח MF חשף העשרה בפעילות קולטני זיהוי דפוסים, קשירת קולטני RAGE ופעילות קולטני חיסון (עמ ' < 0.05, איור 3B).
ניתוח העשרה של KEGG הצביע על כך ש-NAFLD-DEGs הועשרו באופן משמעותי במסלולים הבאים: IL-17, AGE-RAGE, TNF, התמיינות אוסטאוקלסטים, מלריה, דלקת מפרקים שגרונית, מחלת צ'אגס ומסלולי איתות JAK-STAT (עמ' < 0.05, איור 3C). MI-DEGs הועשרו ב-IL-17, TNF, מטבוליזם של שומנים וטרשת עורקים, איתות קולטנים דמויי טול, איתות קולטני לקטין מסוג C, לגיונלוזיס, דלקת מפרקים שגרונית ומסלולי איתות NF-κB (p < 0.05, איור 3D). ניתוח העשרה של אונטולוגיה של מחלות (DO) הראה כי שלושת ה-DEGs המובילים הן עבור NAFLD והן עבור MI היו קשורים באופן משמעותי לטרשת עורקים, מחלות לב וכלי דם טרשת עורקים וטרשת עורקים (p < 0.05, איור 3E-F).
ניתוח דיאגרמות רשת PPI
בדיאגרמת רשת PPI עבור NAFLD, זוהו 92 צמתים ו-250 קצוות, המשקפים רשת מורכבת של אינטראקציות בין חלבונים הקשורים למצב זה. באופן דומה, דיאגרמת רשת PPI עבור MI חשפה 117 צמתים ו-587 קצוות, מה שמצביע על רשת מורכבת יותר האופיינית לנוף המולקולרי של אוטם שריר הלב. בנוסף, דיאגרמות רשת PPI עבור co-DEGs זיהו 14 צמתים ו-21 קצוות, והדגישו אינטראקציות מפתח פוטנציאליות בין חלבונים המשותפים בין NAFLD ו-MI (איור 4A-F).
רשתות PPI הן בעלות ערך לבנייה וניתוח של מטרות טיפוליות ומספקות תובנות חשובות לגבי הקשרים המולקולריים העומדים בבסיס NAFLD ו-MI. טופולוגיות הרשת הייחודיות שנצפו ב-NAFLD ו-MI מדגישות את המנגנונים הפתופיזיולוגיים המובהקים המעורבים במחלות אלה. יתר על כן, גילוי קשרים משותפים בין DEGs משותפים מרמז על מסלולים משותפים פוטנציאליים או רשתות רגולטוריות המתווכות את האינטראקציה בין MI ל-NAFLD. מחקר נוסף על קשרים אלה יכול לחשוף מטרות מולקולריות חדשות להתערבות ופיתוח טיפול, מה שעשוי להציע אפשרויות טיפול חדשות למחלות מורכבות אלה.
סינון DEGs של מרכז המועמדים
אלגוריתם SVM-RFE17 שימש כדי לסנן DEGs חיוניים פוטנציאליים, וכתוצאה מכך זוהו 6 גנים ב-GSE89632 ו-4 גנים ב-GSE66360 (איור 5A,B). באופן דומה, אלגוריתם LASSO19 שימש לזיהוי DEGs חיוניים מועמדים, והניב 4 גנים ב-GSE89632 ו-5 גנים ב-GSE66360 (איור 5C,D). יש לציין כי דיאגרמת ון תיארה את הצטלבות הרכזת DEG (THBS1) שזוהתה על ידי ניתוחי רשת SVM-RFE, LASSO ו-co-PPI, והדגישה את חשיבותה הן בפתוגנזה של NAFLD והן ב-MI (איור 5F).
אלגוריתמים מתקדמים אלה של למידת מכונה סיפקו מסגרת חזקה לזיהוי DEGs מרכזיים הקשורים ל-MI ו-NAFLD והציעו תובנות חשובות לגבי הפוטנציאל שלהם כמטרות טיפוליות או אבחוניות. הזיהוי של THBS1 כגן רכזת באמצעות טכניקות אנליטיות מרובות מדגיש את חשיבותו במסלולים המולקולריים העומדים בבסיס שתי המחלות. מחקר נוסף על המשמעות התפקודית של THBS1 והאינטראקציות שלו בתוך רשת co-PPI יכול להבהיר מנגנונים חדשים המקשרים בין NAFLD ו-MI, מה שעשוי לסלול את הדרך לטיפולים ממוקדים ואסטרטגיות רפואה מדויקת.
ערך אבחון של DEGs רכזת אחת
ניתוח ROC נערך כדי להעריך את יעילות האבחון של DEGs הרכזת שזוהו במערכי הנתונים של NAFLD ו-MI כאחד. כפי שמתואר באיור 6A,B, THBS1 הפגין כוח הבחנה גבוה, עם AUC של 0.981 (95% CI: 0.949-1.000) בחולי NAFLD ו-0.900 (95% CI: 0.834-0.956) בחולי MI. הביצועים החזקים של THBS1 כסמן ביולוגי אבחנתי מדגישים את התועלת הפוטנציאלית שלו בהבחנה בין NAFLD, MI ובקרות בריאות.
תוצאות אלו מצביעות על כך ש-THBS1 יכול לשמש כסמן רב ערך למצב המחלה, ולהציע לרופאים כלי שימושי להערכת סיכונים וזיהוי מוקדם. כדי להקל על השילוב של THBS1 בפרקטיקה הקלינית ולשפר את הטיפול והניהול של המטופלים, יש צורך במחקרי אימות נוספים כדי לאשר את דיוק האבחון שלו על פני אוכלוסיות מטופלים ומסגרות קליניות מגוונות.
ניתוח חדירה חיסונית
ssGSEA נערך כדי לנתח 29 גנים הקשורים למערכת החיסון בין NAFLD/MI לקבוצת הביקורת (CON). בהשוואה לקבוצת CON, חדירת תאי חיסון הייתה מוגברת באופן משמעותי בקבוצות NAFLD ו-MI, במיוחד עבור CCR, MHC Class I, נויטרופילים, דלקת ותאי Tfh (p < 0.05, איור 7A,B). לעומת זאת, חדירת תאי חיסון פחתה באופן משמעותי בקבוצות NAFLD ו-MI ביחס לקבוצת CON, במיוחד עבור תאי CD8+ T, פעילות ציטוליטית ולימפוציטים חודרים לגידול (TIL) (p < 0.05, איור 7C,D).
תוצאות אלו מצביעות על חוסר ויסות של חדירת תאי חיסון הן ב-NAFLD והן ב-MI, ומדגישות את הנוף החיסוני המורכב הקשור למצבים אלה. השינויים שנצפו בהרכב תאי החיסון מספקים תובנות חשובות לגבי התהליכים האימונולוגיים העומדים בבסיס ההתפתחות והפתופיזיולוגיה של מחלות אלה. הבנה נוספת של מאפיינים חיסוניים אלה יכולה לחשוף יעדים טיפוליים חדשים להתערבות ולתמוך בפיתוח תוכניות טיפול אישיות המבוססות על הפרופילים האימונולוגיים של חולים עם NAFLD ו-MI.

איור 1: רצף התכנון של מערכת תומכת החלטה רפואית לזיהוי THBS1. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: דיאגרמות חצבון, דיאגרמות הרי געש ומפות חום. (A) דיאגרמת חיתוך קבוצות עבור GSE89632 ו-GSE66360. (B) דיאגרמת הר געש של גנים המתבטאים באופן דיפרנציאלי (DEGs) ב-GSE89632. (C) דיאגרמת הר געש של DEGs ב-GSE66360. (D) דיאגרמת מפת חום של DEGs ב-GSE89632. (E) דיאגרמת מפת חום של DEGs ב-GSE66360. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: ניתוח העשרה של גנים המתבטאים באופן דיפרנציאלי (DEGs). (A) חמשת ה-NALFD-DEGs המובילים מועשרים באונטולוגיה גנטית (GO) בתהליך ביולוגי (BP), רכיב תאי (CC) ותפקוד מולקולרי (MF). (ב) חמשת ה-MI-DEG המובילים העשירו את GO ב-BP, CC ו-MF. (C) שמונת ה-NALFD-DEGs המובילים העשירו את מסלולי האיתות של אנציקלופדיית קיוטו לגנים וגנומים (KEGG). (D) שמונת ה-MI-DEGs המובילים העשירו את מסלולי האיתות של KEGG. (E) חמשת ה-NALFD-DEGs המובילים מועשרים באונטולוגיה של מחלות (DO). (F) חמשת ה-MI-DEGs המובילים הועשרו DO. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 4: דיאגרמות רשת אינטראקציה בין חלבון לחלבון (PPI). (A) דיאגרמת רשת PPI של מחלת כבד שומני לא אלכוהולי (NAFLD) שהתקבלה מהפלטפורמה המקוונת String. (B) דיאגרמת רשת PPI של NAFLD שהתקבלה מ-Cytoscape. (C) דיאגרמת רשת PPI של אוטם שריר הלב (MI) שהתקבלה מפלטפורמה מקוונת של String. (D) דיאגרמת רשת PPI של MI שהושגה Cytoscape. (E) דיאגרמת רשת PPI של אינטראקציות חלבון. (F) דיאגרמת רשת PPI של IL1B ו-FOS. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: סינון DEGs של רכזת מועמדים. (A) שישה DEGs חיוניים שהושגו על ידי SVM-RFE ב-NAFLD. (B) ארבעה DEGs חיוניים שהושגו על ידי SVM-RFE באוטם שריר הלב (MI). (C) ארבעה DEGs חיוניים שהושגו על ידי LASSO ב-NAFLD. (D) חמישה DEG מכריעים שהושגו על ידי LASSO ב-MI. (E) רק DEG אחד שנרכש מהתוצאות לעיל בדיאגרמת Venn. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: ערך אבחון של רכזת אחת של גנים המתבטאים באופן דיפרנציאלי (DEGs). (A) עקומות ROC ב-NAFLD. (B) עקומות ROC ב-MI. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7: התפלגות תאי חיסון חודרים ומתאם בין THBS1 לתאי חיסון חודרים במחלת כבד שומני לא אלכוהולי (NAFLD) ואוטם שריר הלב (MI). (A) התפלגות תאי חיסון חודרים ב-NAFLD. (B) התפלגות של תאי חיסון חודרים ב-MI. (C) מתאם בין THBS1 לתאי חיסון חודרים ב-NAFLD. (D) מתאם בין THBS1 לתאי חיסון חודרים ב-MI. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
| קיצור | נומנקלטורה |
| האוניברסיטה האמריקאית | שטח מתחת לעקומה |
| BP | תהליך ביולוגי |
| עותק | רכיב סלולרי |
| קון | פקדים |
| DEG | גנים המתבטאים באופן דיפרנציאלי |
| לעשות | אונטולוגיה של מחלות |
| הלך | אונטולוגיה גנטית |
| קג | אנציקלופדיית קיוטו לגנים וגנומים |
| לאסו | אופרטור ההתכווצות והבחירה המוחלט הקטן ביותר |
| MF | תפקוד מולקולרי |
| MI | אוטם שריר הלב |
| NAFLD | מחלת כבד שומני שאינה אלכוהולית |
| מדד המחירים ליצרן | אינטראקציה בין חלבון לחלבון |
| ROC | עקומות אופייניות של מפעיל מקלט |
| ssGSEA | ניתוח העשרת סט גנים בדגימה אחת |
| SVM-RFE | תמיכה בביטול תכונות רקורסיביות של מכונה וקטורית |
| THBS1 | טרומבוספונדין 1 |
טבלה 1: פרמטרי סימולציה ששימשו בניסוי.