整合转录组学揭示缺血性卒中RNA加工因子关键基因及其与小胶质细胞重编程的关联

《Scientific Reports》：RNA processing factors are associated with microglial heterogeneity and intercellular communication in ischemic stroke

摘要

缺血性卒中（IS）是全球范围内导致死亡和长期残疾的主要原因之一，RNA 加工失调与其发病机制有关。本研究旨在利用整合转录组学分析，鉴定与缺血性卒中 RNA 加工因子（RNAPF）相关的关键基因。分析了来自人血液的微阵列数据（GSE16561 和 GSE58294）以及来自小鼠脑组织的单细胞 RNA 测序数据（GSE174574）。通过差异表达分析筛选候选基因，并与 RNAPF 相关基因求交集。机器学习算法识别特征基因，随后进行诊断验证和功能特征分析。在转录组水平上表征了免疫浸润，而在单细胞水平上检查了细胞异质性。为避免伪重复，所有来自单细胞数据的统计推断均提升至生物学重复水平（每组 n = 3）。使用基于样本汇总的 Wilcoxon 秩和检验比较细胞类型和小胶质细胞亚型比例。利用 RT-qPCR 技术，我们在小规模临床样本集（每组 n = 5）中对关键基因的表达差异进行了初步评估，为这一生物信息学发现提供了初步支持。共鉴定出 12 个候选 RNA 加工相关基因，其中 RNASEL 和 SRPK1 通过机器学习和验证队列被确定为潜在关键基因。整合这两个基因的列线图显示出高诊断准确性。功能富集将关键基因与神经炎症通路联系起来，例如 Toll 样受体和趋化因子信号通路。观察到免疫失调，RNASEL/SRPK1 与 M0 巨噬细胞和中性粒细胞呈正相关。单细胞分析显示小胶质细胞为关注的细胞类型。在样本水平（每组 n = 3）上，小胶质细胞在 IS 中呈现减少趋势（24.40% vs. 21.51%）。小胶质细胞亚型分析显示，在 IS 中 MG_Homeostatic_Slc2a5 显著减少（88.50% → 15.60%），而 MG_IEG_Egr1（3.75% → 46.74%）和 MG_Postnatal-PAM_Spp1（0.05% → 21.22%）显著扩增。拟 bulk DESeq2 分析显示，在 IS 小胶质细胞中 RNASEL 显著下调（log2FC = -1.127, padj < 0.001），而 SRPK1 显著上调（log2FC = 0.599, padj < 0.001）。细胞间通讯分析突出了增强的单核细胞 - 小胶质细胞相互作用。在小型但具有临床特征的队列（每组 n = 5）中进行的 RT-qPCR 分析初步支持了生物信息学分析中观察到的关键基因表达模式，尽管这些发现需要更大队列的验证。RNASEL 和 SRPK1 可作为候选 RNAPF，其表达改变与 IS 中的免疫失调和小胶质细胞重编程有关。小胶质细胞亚型特异性变化和细胞间通讯网络改变为进一步机制研究提供了假设。