Идентификация DEG
В этом исследовании были использованы два набора данных, GSE78721 и GSE12288, для биоинформатического анализа. В GSE78721 году было выявлено в общей сложности 2 266 DEG между пациентами с ЦД2 и нормальными образцами, включая 1 209 повышенных и 1 057 пониженных генов (рисунок 1A). В GSE12288 году между пациентами с ASCVD и контрольными группами было подтверждено 924 DEG, включая 403 гена, которые были переэкспрессированы, и 521 — с понижением регуляции (рисунок 1C). Топ-50 DEG, выявленных в обоих наборах данных, представлены на тепловых картах, показанных на рисунке 1B,D. Путём пересечения этих двух наборов данных было выявлено 32 C-DEG, включающих 20 повышенных и 12 пониженных генов (рисунок 2A,B).
Обогащение GO и KEGG C-DEGs
Для разъяснения биологических функций и ключевых путей, связанных с 32 C-DEG, были проведены анализы GO и KEGG. Десять топ-терминов, связанных с биологическим процессом (BP), клеточным компонентом (CC) и молекулярной функцией (MF) среди C-DEG, представлены на рисунке 3A. Функции BP в основном включают регуляцию активации плазминогенов, регуляцию фибринолиза, положительную регуляцию дифференцировки кардиоцитов, отрицательную регуляцию связывания белками и дифференциацию кардиобластов. Функции CC относятся к комплексу эндопептидазы серинового типа, белковым комплексам, участвующим в адгезии клеточного матрикса, конденсированной хромосоме, специфической гранулированной мембране и телу PML. MF включает структурные компоненты цитоскелета, активность активаторов оксидазы NADPH, генерирующую супероксид, активность внутримолекулярной трансферазы (фосфотрансфераз), активность экзопептидазы серинового типа и связывание IgG (рисунок 3A). С точки зрения анализа KEGG, C-DEGs в первую очередь участвуют в критических путях, включая вирусный миокардит, аритмогенную кардиомиопатию правого желудочка, каскады комплемента и коагуляции, рак простаты, гипертрофическую кардиомиопатию, дилатационную кардиомиопатию, апоптоз, фагосому и обработку белков в эндоплазматическом ретикуле (см. рисунок 3B).
Строительство сетей ИПП и скрининг генов в центрах
Из 32 C-DEG три гена не имели известных взаимодействий с другими C-DEG в базе данных STRING и поэтому были исключены из построения сети PPI. Платформа STRING была использована для анализа PPI оставшихся 29 C-DEG, выяв сеть, состоящую из 29 узлов и 39 рёбер, что было визуализировано с помощью Cytoscape (рисунок 4A). Впоследствии были идентифицированы восемь C-DEG хабов (HSP90B1, PLAU, SLPI, TOP3A, NCF4, PRF1, TUBA1C и CS) на основе степени их связности (рисунок 4B).
Различия в инфильтрации иммунных клеток и их корреляция с C-DEGs хаба
Этот анализ был сосредоточен исключительно на наборе данных по Т2 ДМ (GSE78721) для предварительного изучения изменений в иммунной микросреде в контексте Т2ДМ и их связи с генами хаба. Графики скрипки использовались для визуализации связи между набором данных по СД 2 и уровнями инфильтрации 22 типов иммунных клеток (рисунок 5A; подробности в дополнительной таблице 3). Анализ инфильтрации иммунных клеток показал более высокую долю активированных дендритных клеток в группе с Т2СД по сравнению с контрольной группой (P = 0,049), тогда как доля дендритных клеток в покое была значительно ниже в группе с Т2СД (P = 0,023). Кроме того, связь между уровнями экспрессии восьми вузовых C-DEG и уровнями инфильтрации 22 различных типов иммунных клеток была визуализирована с помощью тепловой карты (рисунок 5B). Примечательно, что экспрессия TOP3A показала сильную положительную корреляцию с уровнем инфильтрации регуляторных Т-клеток (Tregs) (P < 0,001), тогда как экспрессия SLPI была сильно положительно коррелирована с инфильтрацией гамма-дельта Т-клеток (P < 0,001). В то же время экспрессия NCF4 показала сильную отрицательную корреляцию с уровнем инфильтрации активированных NK-клеток (P < 0,001), экспрессия PRF1 была сильно отрицательно коррелирована с уровнем инфильтрации макрофагов M2 (P < 0,001), а экспрессия PLAU была сильно негативно связана с уровнем инфильтрации наивных В-клеток (P < 0,001).
Кандидатская сеть для целевых препаратов для центральных C-DEG
Из восьми выявленных C-DEGs в центре, CS и TOP3A не были указаны в базе данных DGIdb как известные мишени для лекарств и, следовательно, исключены из последующего анализа сети кандидатов по лекарству. Для выявления лекарств с потенциальной терапевтической ролью при ЦД2 и ASCVD оставшиеся шесть центральных C-DEGs были отправлены в базу данных DGIdb (подробности в дополнительной таблице 4). Впоследствии Cytoscape был использован для создания кандидатной сети для лекарственных целей, иллюстрирующей связь между центральными C-DEGs и кандидатными таргетными препаратами (рисунок 6). Эта сеть включала шесть центральных C-DEG, 136 молекулярных препаратов и 137 ребер. В частности, были выявлены 82, 5, 3, 4, 1 и 42 кандидатных таргетных препаратов для TUBA1C, NCF4, PRF1, SLPI, HSP90B1 и PLAU соответственно, при этом большинство из них классифицированы как противоопухлиные, противовоспалительные и антитромботические препараты.
Валидация экспрессии C-DEGs в хабе
Из-за отсутствия CS и TOP3A в качестве кандидатных мишеней в базе данных DGIdb и менее напрямую связанных с терапевтическими стратегиями в контексте исследований СДМ 2 и ASCVD, исследование сосредоточилось на оставшихся шести центральных C-DEG (HSP90B1, PLAU, SLPI, NCF4, PRF1 и TUBA1C) для экспериментальной валидации. Для дальнейшего изучения роли этих центральных C-DEG были проведены qRT-PCR и western blot анализы для оценки уровней экспрессии основных генов в различных группах (см. рисунок 7 и рисунок 8). Уровни экспрессии TUBA1C, NCF4, SLPI, HSP90B1 и PLAU были значительно повышены у пациентов с ЦД2 и ASCVD по сравнению с соответствующими здоровыми контрольными группами, тогда как экспрессия PRF1 была снижена. Эти данные свидетельствуют о том, что эти основные гены могут играть значительную роль в прогрессировании пациентов с ТД2 и АСДВД.
ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ:Наборы данных экспрессии генов, GSE78721 и GSE12288 использованных для биоинформатического анализа в данном исследовании, доступны из публичной базы данных NCBI GEO. Исходные данные из части экспериментальной валидации, полученные в этом исследовании, приведены в Дополнительном файле 1.

Рисунок 1: Идентификация DEG в наборах данных GSE78721 и GSE12288. (A,C) Вулканические графики DEGs в GSE78721 и GSE12288 соответственно. |logFC|≥ 0,5 и P < 0,05 были установлены в качестве порога скрининга; Повышенные гены были отмечены красным, а пониженные — зелёными. (B,D) Тепловые карты топ-50 DEG в GSE78721 и GSE12288 годах соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Диаграмма Венна C-DEG из двух наборов данных. (A) Диаграмма Венна повышенных C-DEGs из T2DM и ASCVD в GSE78721 и GSE12288 наборах данных. (B) Диаграмма Венна пониженных C-DEG из T2DM и ASCVD в GSE78721 и GSE12288 наборах данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Функциональный и патологический анализ обогащения C-DEG. Столбчатые диаграммы анализа обогащения GO (A) и KEGG (B). Вертикальные координаты указывают на описание различных элементов GO или путей KEGG, а горизонтальные координаты — количество обогащённых C-DEG. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Скрининг генов сети PPI и хаба C-DEGs. (A) Сеть PPI C-DEG. Красный и синий обозначают соответственно повышенные и пониженные C-DEG. (B) Среди C-DEG было выявлено восемь генов хаба. Узлы представляют C-DEG, а рёбра — взаимодействие между C-DEG. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5: Анализ инфильтрации иммунных клеток. (A) Различия в инфильтрации 22 типов иммунных клеток между группой с СД 2 и контрольной группой. Горизонтальная ось: подтипы иммунных клеток; Вертикальная ось: относительный уровень инфильтрации иммунных клеток. (B) Тепловая карта корреляции экспрессии 8 хабовых C-DEGs и уровней инфильтрации 22 типов иммунных клеток. Красные квадраты: положительная корреляция; Синие квадраты: отрицательная корреляция. Более тёмные цвета указывают на более сильную корреляцию. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6: Кандидатная сеть для медикаментозного мишени для шести узлов C-DEG. Красные узлы обозначают C-DEG хаба, зелёные — кандидаты на таргетные препараты, а рёбра между ними — пары взаимодействия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7: Валидация экспрессии основных генов у пациентов с ЦД2 и ASCVD методом qRT-PCR. Уровни экспрессии мРНК HSP90B1 (A), PLAU (B), SLPI (C), NCF4 (D), PRF1 (E) и TUBA1C (F) были обнаружены с помощью qRT-PCR. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 8: Валидация экспрессии основных генов у пациентов с ЦД2 и ASCVD методом Western blot. Уровни экспрессии белков HSP90B1 (A), PLAU (B), SLPI (C), NCF4 (D), PRF1 (E) и TUBA1C (F) были обнаружены с помощью вестерн-блот-тестов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Дополнительная таблица 1. Матрица экспрессии генов для GSE78721 набора данных, использованная для транскриптомического анализа T2DM в этом исследовании. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительная таблица 2. Матрица экспрессии генов для GSE12288 набора данных, использованной для транскриптомного анализа ASCVD в этом исследовании. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительная таблица 3: Анализ инфильтрации иммунных клеток в наборе данных GSE78721. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительная таблица 4: Кандидатные взаимодействия лекарств-мишень для хабовых общих дифференциально экспрессируемых генов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительный файл 1: Исходные данные из части экспериментальной валидации, полученные в этом исследовании. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.