多层网络生物学与单细胞数据相结合，揭示了动脉粥样硬化斑块中的核心调控节点及潜在的药物靶点方向

《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》：Multi-layer network biology combined with single-cell evidence reveals core regulatory nodes in atherosclerotic plaques and potential drug-targeting directions

摘要

动脉粥样硬化是由炎症反应与血管壁重塑相互作用所驱动的，但导致斑块形成的核心调控网络及可干预靶点至今仍未完全明确。本研究分析了GSE43292中的批量转录组数据，该数据包含32名患者的颈动脉晚期斑块样本及其远端早期病变组织，通过分析差异表达基因，再结合WGCNA分析以及GeneCards数据库中与动脉粥样硬化相关的基因，筛选出候选基因。这些候选基因被映射到STRING蛋白互作网络中，随后使用四种Cytoscape算法（MCC、EPC、Stress、Degree）确定关键基因。此外还进行了功能注释（GO/KEGG分析）、免疫细胞浸润情况分析以及单基因基因集富集分析。为进一步研究细胞类型、成分差异、细胞间通讯以及关键基因的定位，研究者使用了10×scRNA-seq数据集（GSE159677）。随后进行了药物预测，并对候选化合物与关键蛋白进行分子对接分析。最后，通过CCK-8检测、ROS染色、Western blotting和qRT-PCR实验，在oxLDL诱导的体外模型中对研究结果进行了验证。研究共确定了7个关键基因：SMAD4、CASP8、PARP1、CRKL、CDK6、VDAC1和KHDRBS1。富集分析表明，这些关键基因与细胞死亡/应激调控、免疫相关过程以及血管重塑有关。免疫细胞浸润现象说明斑块内部存在显著的免疫细胞重分布。单基因基因集富集分析显示，血管平滑肌收缩、间隙连接信号传导以及脂质/NAD相关代谢过程均发生了协同性重构。scRNA-seq分析则表明，髓系细胞和血管结构细胞都对斑块形成有贡献，且关键基因在不同细胞类型中的表达存在差异。槲皮素被认定为潜在的候选化合物，分子对接实验显示它能够与多个目标蛋白结合，其中与PARP1和CDK6的结合最为牢固。实验结果表明，oxLDL会升高这些关键基因的mRNA和蛋白质水平，而槲皮素能显著降低这种上升趋势。本研究构建了具有单细胞背景的动脉粥样硬化相关关键基因网络，并通过计算模拟与实验研究相结合的方式证明，槲皮素可通过多靶点调控该基因网络来发挥保护内皮细胞的作用，从而为其在动脉粥样硬化治疗中的应用提供了依据。