《Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity》：Integrative Transcriptomic Analysis Identifies GPX3 and CSF3R as Candidate Markers of Diabetes-Associated Myocardial Injury
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目的：糖尿病（DM）与心肌损伤（MI）之间的临床关系已明确，但涉及谷胱甘肽过氧化物酶的抗氧化保护机制仍未被充分表征。本研究跨多个器官和组织，探讨细胞外抗氧化防御与炎症信号在DM诱导的MI中的关系。
方法：分析整合了6个单细胞RNA测序数据集（21个糖尿病样
目的：糖尿病（DM）与心肌损伤（MI）之间的临床关系已明确，但涉及谷胱甘肽过氧化物酶的抗氧化保护机制仍未被充分表征。本研究跨多个器官和组织，探讨细胞外抗氧化防御与炎症信号在DM诱导的MI中的关系。
方法：分析整合了6个单细胞RNA测序数据集（21个糖尿病样本；122,801个细胞）与批量转录组数据集GSE184050（113个样本）；LASSO回归得到交叉验证的曲线下面积（AUC）为0.701，并在2型糖尿病-动脉粥样硬化（T2DM-AS）小鼠模型中进一步验证GPX3和CSF3R（每组n=3用于组织学和Western blot分析）。
结果：研究人员鉴定出谷胱甘肽过氧化物酶3（GPX3）和集落刺激因子3受体（CSF3R）为与DM诱导的MI相关的候选标志物。CSF3R富集于损伤和炎症相关通路，包括PI3K-Akt信号通路，而GPX3富集于抗氧化和防御相关通路。CSF3R富集还与心脏保护性cGMP-PKG通路活性降低相关。内皮功能障碍和胶原重塑（可能涉及单核细胞-内皮细胞串扰）被提出作为该级联反应的候选中间环节。组织学检查证实DM小鼠出现广泛MI，表现为心肌细胞排列紊乱和大面积肌纤维断裂。Western blot分析显示，与非糖尿病对照组相比，DM小鼠心肌GPX3表达显著下调，而CSF3R显著上调，这些变化为糖尿病环境所特异，在单纯动脉粥样硬化中未观察到。
结论：GPX3和CSF3R被鉴定为与糖尿病相关心脏损伤相关的候选标志物，并需要在独立的人类心脏数据集和机制性实验中进行验证。
心肌损伤（MI）是指由缺血、炎症、代谢应激等多种病因引起的心肌细胞损伤，糖尿病（DM）是其重要危险因素。DM与MI的临床关联已明确，但缺乏临床验证的DM相关MI生物标志物，且DM诱导MI的分子机制，包括关键信号通路和参与细胞，尚未完全阐明。既往研究提示谷胱甘肽过氧化物酶家族介导的抗氧化保护机制在DM与MI联系中可能发挥重要作用，但相关证据不足。为此，研究人员从多器官系统视角，整合单细胞和bulk转录组数据，旨在筛选DM诱导MI的候选标志物并探讨其潜在机制。
研究人员整合6个单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集（来自糖尿病患者的肾皮质、肠系膜动脉内皮细胞、胰岛、外周血单核细胞、视网膜前纤维血管膜和足底溃疡，共21个样本、122,801个细胞）与bulk转录组数据集GSE184050（113个样本），通过差异表达基因（DEG）分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和LASSO回归，鉴定出谷胱甘肽过氧化物酶3（GPX3）和集落刺激因子3受体（CSF3R）为DM诱导MI的候选标志物。基因集富集分析（GSEA）和CellChat分析提示CSF3R富集于炎症相关通路，GPX3富集于抗氧化通路，并涉及内皮功能障碍和胶原重塑。在2型糖尿病-动脉粥样硬化（T2DM-AS）小鼠模型中验证了GPX3显著下调和CSF3R显著上调。该研究为DM诱导MI的早期识别和干预提供了候选分子靶点。
研究基于GEO数据库获取6种糖尿病组织的单细胞转录组数据（21例样本）和全血bulk转录组数据GSE184050（113例，含25例2型糖尿病转变者和33例非转变者）。技术路线包括：单细胞质控、降维聚类和注释（Seurat、Harmony、SingleR）；bulk差异表达分析（limma，以受试者为阻断因子）；WGCNA构建共表达模块；LASSO回归筛选候选基因（交叉验证AUC=0.701）；monocle2拟时间分析；GSEA和CellChat分析通路及细胞通讯；最后采用高脂饮食联合链脲佐菌素诱导的T2DM-AS小鼠模型（ApoE-/-）进行苏木精-伊红（H&E）染色和Western blot验证。
**小标题1：单细胞分析、细胞类型聚类与注释结果**
通过整合6个组织的单细胞数据，共注释出多种细胞类型：肾皮质13种、肠系膜动脉内皮细胞9种、胰岛11种、外周血单核细胞2种、足底溃疡11种、视网膜前纤维血管膜10种，并鉴定出各组织的高变基因，为后续筛选提供细胞图谱。
**小标题2：WGCNA网络重建**
基于GSE184050的表达数据构建共表达网络，筛除离群样本后，选定软阈值为5，合并得到7个模块；其中“黑色”和“红色”模块与DM分组显著相关，共筛选出261个hub基因（模块成员度>0.8）。
**小标题3：DM基因表达谱的DEG分析**
在考虑重复测量的模型中比较随访时转变者与非转变者，在名义p<0.05水平鉴定出184个DEG（178个上调、6个下调），经Benjamini-Hochberg校正后无基因达到显著，因此该结果作为探索性发现，需与其他证据整合。
**小标题4：通过LASSO回归鉴定和探究DM hub基因**
将DEG、单细胞分析和WGCNA三方面结果取交集，得到12个基因；经LASSO回归（最优λ=0.0021）交叉验证AUC为0.701（95%CI 0.556–0.833），其中GPX3和CSF3R在重复交叉验证中几乎始终保留非零系数，被优先选为候选标志物。
**小标题5：候选基因表达的单细胞拟时间分析**
monocle2拟时间轨迹显示，GPX3在Müller细胞和平滑肌细胞中倾向于早期表达，在内皮细胞中倾向于中后期表达，在成纤维细胞、巨噬细胞和单核细胞中贯穿整个拟时间表达；CSF3R则倾向于在中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞的晚期拟时间表达，提示这些基因在不同细胞状态中的动态变化。
**小标题6：GSEA结果揭示DM基因介导MI的机制或通路**
GSEA显示CSF3R富集于损伤和炎症相关通路，如PI3K-Akt信号、细胞因子-细胞因子受体相互作用、白细胞迁移、JAK-STAT信号等；GPX3富集于谷胱甘肽代谢、细胞氧化解毒、活性氧代谢等抗氧化和防御通路。CellChat分析显示，六个DM组织中存在来自内皮细胞的强信号，“COLLAGEN”通路是最广泛共享的细胞通讯轴，提示内皮功能障碍和胶原重塑可能是DM诱导MI的候选中间环节。
**小标题7：体内验证**
在T2DM-AS小鼠模型中，H&E染色显示T2DM-AS组心肌损伤较对照组和AS组更严重，表现为心肌细胞排列显著紊乱、肌纤维广泛断裂；Western blot显示，与AS组相比，T2DM-AS组心肌GPX3表达显著下调，CSF3R表达显著上调，而AS组与对照组无显著差异，表明这些变化与糖尿病环境密切相关。
讨论指出，GPX3下调可能削弱细胞外抗氧化防御，促进心肌细胞凋亡和心室重构；CSF3R上调则参与促炎信号，可能加剧心肌损伤。GSEA结果提示PI3K-Akt通路和心脏保护性cGMP-PKG通路可能参与DM诱导MI。CellChat结果支持内皮功能障碍和胶原重塑作为候选中间机制。研究局限性包括：动物模型采用高脂饮食与STZ同时处理而非顺序处理，人转录组证据来自外周血和非心脏组织，终末组织学及Western blot分析每组仅3只小鼠，LASSO回归的AUC仍属中等，需在独立人类心脏队列和机制实验中验证。研究结论可翻译为：总之，GPX3和CSF3R被确定为与糖尿病相关心脏损伤相关的候选标志物，并需要在独立的人类心脏数据集和机制性实验中进行验证。
