批量转录组学和单细胞转录组学研究揭示了炎症反应相关基因在脑缺血-再灌注损伤中的作用

《The FASEB Journal》：Bulk and Single-Cell Transcriptomics Reveal the Role of Inflammatory Response-Related Genes in Cerebral Ischemia–Reperfusion Injury

本研究通过单细胞和 bulk转录组分析鉴定了脑缺血再灌注损伤（CIRI）的四个关键炎症基因（IL18、CCL3、CCL4、NFKBIA），构建了高效诊断模型，并揭示微胶质细胞分为七种功能亚群，提示多亚群协同调控炎症反应及潜在治疗靶点。

摘要

脑缺血-再灌注损伤（CIRI）是一种继发性脑损伤，由缺血后血液流动恢复引起，在此过程中炎症反应起着关键作用。然而，驱动CIRI进展的具体炎症反应相关基因（IRRGs）尚未得到充分研究。在此，我们结合单细胞转录组学和批量转录组学方法，识别了CIRI中的诊断和治疗相关基因。与大鼠/小鼠缺血性中风相关的数据集的基因表达谱从GEO数据库（GSE97537、GSE61616和GSE137482）中下载。我们进行了差异表达分析（DESeq2）并构建了蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络。通过最小绝对收缩和选择算子回归筛选出关键特征基因。基于IRRGs的表达情况，通过共识聚类定义了分子亚型。使用Seurat对单细胞RNA-seq数据（GSE227651）进行无监督聚类，通过AUCell评分评估细胞活性，并使用CellChat分析细胞间通讯。利用Monocle2重建了伪时间轨迹。我们鉴定出四个IRRGs（IL18、CCL3、CCL4和NFKBIA），这些基因在CIRI组中的表达显著升高。基于这些特征基因构建的诊断模型显示出对CIRI的强大预测能力。进一步的共识聚类分析将CIRI样本分为两个具有显著差异的分子亚型。单细胞转录组学分析显示，小胶质细胞是CIRI期间的关键效应细胞群体，它们在炎症调节中起关键作用，并可进一步划分为七个功能异质性亚群。CIRI中的炎症反应可能由多个小胶质细胞亚群协同调节，这四个IRRGs具有潜在的治疗靶点。然而，仍需通过前瞻性临床研究和功能实验进行进一步验证。

图形摘要

本研究建立了一个基于四个炎症反应相关基因（IL18、CCL3、CCL4和NFKBIA）的高效诊断模型，将CIRI分为两个异质性分子亚型。单细胞分析证实小胶质细胞是关键效应细胞，它们可进一步划分为七个功能异质性亚群。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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