《Experimental Cell Research》：Single-cell Bioinformatics Analysis and In Vitro Validation Explore Core Genes and Signaling Pathways of Iron Metabolism in Fetal Left Heart Function Injury in Gestational Diabetes Mellitus
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•单细胞转录组学研究发现，在妊娠糖尿病（GDM）胎儿的心脏中，心肌细胞是铁代谢失调的主要细胞类型，揭示了一种协同抵抗铁死亡（ferroptosis）的转录程序。•高血糖状态导致胎儿心肌细胞中GPX4和SLC7A11的表达上调，而ACSL4的表达下调，这一现象通过scRNA-seq
• 单细胞转录组学研究发现，在妊娠糖尿病（GDM）胎儿的心脏中，心肌细胞是铁代谢失调的主要细胞类型，揭示了一种协同抵抗铁死亡（ferroptosis）的转录程序。
• 高血糖状态导致胎儿心肌细胞中GPX4和SLC7A11的表达上调，而ACSL4的表达下调，这一现象通过scRNA-seq、RT-qPCR和免疫荧光验证得到证实。
• 将单细胞生物信息学与胎儿超声心动图结合，揭示了铁代谢和铁死亡途径的改变与GDM妊娠中可测量的左心室功能障碍之间的关系。
引言 妊娠糖尿病（GDM）是指在怀孕期间首次出现或被诊断出的葡萄糖耐受不良，全球约有6-15%的妊娠受到影响[1] [2]。随着全球肥胖流行的加剧，GDM的患病率也在持续上升，这对母亲和胎儿的健康都构成了重大挑战[3]。在关键的发育窗口期， maternal hyperglycemia（母体高血糖）可能导致多种胎儿并发症，包括巨大儿、新生儿低血糖、呼吸窘迫综合征以及长期的代谢编程效应[4] [5]。
与GDM相关的胎儿并发症中，心脏功能障碍是一个特别值得关注的问题，近年来受到了越来越多的关注[6]。研究表明，暴露于母体高血糖的胎儿会出现心脏结构和功能异常，包括心脏质量增加、室间隔肥厚以及舒张功能受损[7] [8]。在GDM妊娠中记录到左心室功能障碍，其特征是射血分数降低和心肌性能指数改变，这些异常可能持续到儿童期[9] [10]。
GDM-induced fetal cardiac dysfunction（GDM引发的胎儿心脏功能障碍）的分子机制尚未完全阐明。最近的证据表明，代谢紊乱、氧化应激和信号通路改变在高血糖环境中会导致心肌细胞功能障碍[11] [12]。铁代谢已被认为是心脏功能的关键调节因素，铁缺乏和过载都与多种心脏疾病相关[13] [14]。
铁死亡（ferroptosis）是一种依赖铁的调控性细胞死亡形式，其特征是脂质过氧化，已被发现与多种心血管疾病有关[15] [16]。这一过程受到关键调节蛋白的控制，包括谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4），它是铁死亡的核心负调节因子；以及半胱氨酸/谷氨酸反转运系统xc-（由SLC7A11编码），它为谷胱甘肽合成提供半胱氨酸[17] [18]。酰基-CoA合成酶长链家族成员4（ACSL4）通过将多不饱和脂肪酸结合到膜磷脂中来促进铁死亡[19]。铁蛋白重链1（FTH1）调节细胞内铁的储存，并保护细胞免受铁介导的氧化损伤[20]。
单细胞RNA测序（scRNA-seq）彻底改变了我们对复杂组织中细胞异质性的理解[21]。通过单细胞分辨率分析转录组，scRNA-seq能够识别不同的细胞群体，表征细胞状态转换，并阐明可能导致疾病发生的细胞间相互作用。
在这项研究中，我们结合了scRNA-seq技术和临床超声验证，全面分析了GEO数据库中存储的GDM胎儿心脏转录组数据（GSM5261695和GSM5261697）中的细胞特征和铁代谢特征。我们的目标是识别与铁代谢相关的基因在特定细胞类型中的表达模式，描绘心脏细胞群体中的铁死亡途径特征，并将分子发现与胎儿超声心动图评估的心脏功能参数相关联。
章节摘要 GEO数据检索和超声心动图参数 单细胞RNA测序数据来自NCBI基因表达组学数据库（GEO）（
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ ），其中GDM胎儿心脏样本的accession号为GSM5261697，对照样本的accession号为GSM5261695。相关研究中提取了胎儿心脏的功能参数，包括左心室射血分数（LVEF）、缩短分数、心肌性能指数（MPI）和二尖瓣环速度的组织多普勒成像
单细胞RNA-seq数据的质量控制与预处理 在去除低质量细胞和潜在的双细胞后，共有4,531个细胞通过了质量控制。图1A显示了对照组和GDM组之间的细胞数量分布（分别为2,189个和2,342个细胞）。基因检测分布（图1B）表明两组之间的测序深度相当，每细胞检测到的基因中位数分别为1,691个和2,063个。UMI基因检测图谱（图1C）显示了高质量的数据
讨论 本研究首次全面分析了GDM引起的胎儿左心功能障碍中的铁代谢和铁死亡途径。通过将scRNA-seq与已发表的超声心动图数据和体外验证相结合，我们发现了特定细胞类型中铁稳态和铁死亡抵抗性的变化，这些变化导致了GDM胎儿的心脏功能障碍。
我们的单细胞分析显示铁代谢基因存在显著失调
结论 这项整合了单细胞转录组和生物信息学的研究表明，胎儿心肌细胞中铁代谢的失调和协调的铁死亡抵抗性是GDM引起的心脏功能障碍的关键机制。识别特定细胞类型的铁代谢特征和铁死亡途径的改变为预防和治疗GDM妊娠中的胎儿心脏并发症提供了新的治疗靶点。
CRediT作者贡献声明 苏桥斌： 数据整理、概念构建。陈建雄： 资源获取、方法学设计、实验实施。郭良华： 原始草稿撰写、数据可视化、验证及指导
伦理声明 作者未获得参与者或其法定代表的知情同意。本次分析仅使用了去标识的公开GEO数据和商业化的ATCC细胞系，没有新的参与者或可识别信息；在原始研究中已经获得了知情同意，因此无需再次获取同意。
本研究遵循了研究所在地区的相关法律、监管框架和指南进行。已得到伦理委员会的批准
资助 福建省卫生健康委员会青年和中青年骨干人才培训计划基金（2023GGA090）。
苏桥斌|陈建雄|郭良华
