脂质代谢异常与动脉粥样硬化：基于细胞器功能调控与铁死亡的新视角

本研究通过生物信息学分析与实验验证，揭示了动脉粥样硬化（AS）中脂质代谢异常通过关键基因（CYBB/HMOX1/IL1B/TYROBP/CSF1R）驱动铁死亡（ferroptosis）的机制，阐明了线粒体、溶酶体及内质网（ER）功能失调在其中的调控作用，为AS的免疫微环境重塑和靶向治疗提供了新思路。

　　

背景

动脉粥样硬化（AS）作为心血管疾病的主要病理基础，其发生发展与脂质代谢紊乱和慢性炎症密切相关。近年来，铁依赖性细胞死亡形式——铁死亡（ferroptosis）因与脂质过氧化的关联性，逐渐成为AS研究的新焦点。本研究通过整合生物信息学与实验手段，系统解析了脂质代谢异常如何通过调控细胞器功能诱导铁死亡，进而推动AS进展的分子机制。

方法

研究团队基于GSE100927数据集筛选差异表达基因（DEGs），结合脂质代谢相关基因（LMRGs）和铁死亡相关基因（FeRGs），鉴定出6个AS脂代谢-铁死亡关联基因（ASLMRFeGs）。通过无监督聚类将AS样本分为C1/C2亚型，利用WGCNA构建共表达网络筛选模块核心基因。采用机器学习（LASSO/SVM-RFE/RF）进一步筛选枢纽基因，并通过氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）诱导的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和小鼠单核巨噬细胞（RAW 264.7）模型进行实验验证。单细胞测序数据用于解析基因的细胞特异性表达模式。

结果

关键基因发现：

1. 鉴定出CTSB、CYBB、DPP4、HILPDA、HMOX1和IL1B共6个ASLMRFeGs，其中CYBB（NOX2）、HMOX1（血红素加氧酶-1）和IL1B（白细胞介素-1β）在AS组织中显著高表达，且与巨噬细胞（M0/M1）浸润呈强相关性。

2. 机器学习筛选出TYROBP、CSF1R、LCP2和C1QA四个枢纽基因，实验证实TYROBP和CSF1R在ox-LDL诱导的细胞模型中表达上调，且铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）可逆转其表达。

机制解析：

• 线粒体失调：ox-LDL导致线粒体DNA（mtDNA-ND1）损伤、活性氧（ROS）累积和Fe²⁺超载，Fer-1干预可改善线粒体膜电位（JC-1检测）。

• 溶酶体动态变化：早期溶酶体标志物LAMP1/LAMP2短暂激活后衰竭，提示溶酶体应激参与铁死亡调控。

• 内质网应激（ERS）：异常脂质代谢激活IRE1/PERK/ATF6三条未折叠蛋白反应（UPR）分支，上调GRP78和CHOP，而Fer-1通过调节XBP1剪接和EIF2α磷酸化缓解ERS。

临床转化价值：

构建包含TYROBP、CSF1R、CYBB、HMOX1和IL1B的列线图模型，在三个独立数据集（GSE43292/GSE28829/GSE57691）中AUC均>0.7。单细胞分析显示这些基因在泡沫细胞、炎症性巨噬细胞和辅助T细胞中高表达。通过药物数据库筛选出13种潜在治疗药物（如白杨素、阿匹尼林、维生素D），分子 docking 显示其与GPX4等靶点具有高结合亲和力（结合能≤-5.5 kcal/mol）。

结论

本研究首次系统阐明脂质代谢异常通过CYBB/HMOX1/IL1B-TYROBP/CSF1R轴驱动铁死亡，并揭示线粒体-溶酶体-内质网功能网络失调是核心调控环节。这不仅为AS的免疫微环境异质性提供了新解释，更为开发靶向铁死亡的精准治疗策略奠定了理论基础。