《Current Issues in Molecular Biology》：Ferroptosis Signatures in Diabetic Cardiomyopathy: Multi-Omics Discovery and Validation of ACOT1 and TXNIP
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背景：糖尿病心肌病（Diabetic Cardiomyopathy，DCM）是糖尿病特异性的严重心血管并发症，全球患病率上升。铁死亡（Ferroptosis）是一种由致死性脂质过氧化驱动、铁依赖的调节性细胞死亡形式，已被认为参与DCM发病，但关键调控基因仍不清
背景：糖尿病心肌病（Diabetic Cardiomyopathy，DCM）是糖尿病特异性的严重心血管并发症，全球患病率上升。铁死亡（Ferroptosis）是一种由致死性脂质过氧化驱动、铁依赖的调节性细胞死亡形式，已被认为参与DCM发病，但关键调控基因仍不清楚。本研究旨在鉴定并验证DCM中与铁死亡相关的特征基因。方法：研究人员从GEO获取三个小鼠转录组数据集（GSE123975、GSE155377、GSE210611），经批次校正后合并。将差异表达基因与加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis，WGCNA）疾病相关模块基因及FerrDb铁死亡注释取交集，定义铁死亡相关差异表达基因候选池。随后用LASSO回归与随机森林（Random Forest，RF）筛选枢纽基因，即两种机器学习算法一致优先选出的候选，而非网络拓扑中心性基因。分类性能用ROC分析评估，并在两个独立队列（GSE161931、GSE274500）验证。mMCPcounter估算免疫与基质浸润。单细胞转录组（GSE290095）与空间转录组（GSE290094）刻画细胞分布、预测心肌细胞网络扰动及组织水平表达模式。高脂饮食/链脲佐菌素（High-Fat Diet/Streptozotocin，HFD/STZ）诱导DCM大鼠模型提供实验验证。结果：Acot1与Txnip被鉴定为枢纽基因，发现在发现队列中区分性能强（AUC=1.000与0.988；样本内估计，n=26），独立外部验证中AUC=0.951与0.988。免疫分析显示两基因与血管评分负相关，Txnip还与嗜酸性粒细胞相关。单细胞分析将Acot1富集定位于心肌细胞与内皮细胞，Txnip在多细胞类型广泛表达且在DCM升高。计算机敲除分析预测两基因对心肌细胞网络扰动不同，空间转录组显示枢纽基因表达与铁死亡驱动评分有适度但疾病特异性空间关联（Acot1：rho=0.123；Txnip：rho=0.154）。HFD/STZ DCM大鼠中两基因mRNA与蛋白均显著上调，同时GPX4消耗、ACSL4蓄积、FTH1降低，符合铁死亡激活。结论：本研究鉴定Acot1与Txnip为DCM中铁死亡相关分子特征，并提供从批量转录组、单细胞与空间转录组到体内实验验证的多步优先级排序与验证，为铁死亡靶向治疗干预提供潜在靶点。
研究背景方面，糖尿病心肌病（Diabetic Cardiomyopathy，DCM）是在无冠心病、未控制高血压或其他明确心脏病变时发生的心肌功能障碍，其进程从舒张功能受损、心肌肥厚走向收缩功能障碍与心力衰竭。慢性高血糖与胰岛素抵抗引发氧化应激、线粒体功能障碍、内质网应激、慢性炎症与钙稳态紊乱，并促成铁死亡（Ferroptosis，铁依赖且由致死性脂质过氧化驱动的调整性细胞死亡） permissive 微环境；但DCM中铁死亡调控基因与分子网络尚未被系统界定，因此研究人员开展多组学整合与验证研究。该研究发表于《Current Issues in Molecular Biology》，最终将Acot1与Txnip鉴定为DCM铁死亡相关分子特征，意义在于为铁死亡靶向干预提供候选靶标与跨平台证据链。
主要关键技术方法上，研究人员使用来自GEO的三个小鼠DCM转录组队列（GSE123975、GSE155377、GSE210611）作发现集，两个独立RNA-seq队列（GSE161931、GSE274500）作外部验证；以ComBat校正批次效应，用limma做差异表达分析，以加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛疾病模块，将差异基因、WGCNA模块基因与FerrDb铁死亡基因取交集；再用LASSO逻辑回归与随机森林（RF）双算法选枢纽基因，用ROC与Wilcoxon评估分类与表达差异；以mMCPcounter估免疫/基质浸润；用单细胞转录组（GSE290095）结合Seurat、DoubletFinder、Harmony与scTenifoldKnk做细胞注释和计算机敲除；用空间转录组（GSE290094，10× Visium FFPE）做位点表达与铁死亡驱动评分关联；并以高脂饮食/链脲佐菌素（HFD/STZ）大鼠模型做体内mRNA、蛋白及超微结构验证。
3.1 心肌在DCM中呈现铁死亡相关代谢重塑特征：研究人员整合三数据集得317个差异表达基因，GO/KEGG显示免疫趋化、脂肪酸代谢、PPAR信号、HIF-1信号富集；Ferroptosis基因集GSEA显著正富集（p=2.829×10?7），说明DCM心肌有脂质合成上调和氨基酸分解下调的代谢重塑及铁死亡转录程序激活。
3.2 WGCNA识别DCM相关共表达模块：软阈值β=6满足无标度拓扑；动态切割得19个模块，grey60（cor=0.83）与magenta（cor=?0.77）和DCM最相关，共1103个基因进入下游交集。
3.3 铁死亡相关枢纽基因鉴定：317 DEGs、1103 WGCNA基因、564 FerrDb基因交集得6个FRDEGs（Plin2、Acot1、Decr1、Txnip、Pdk4、Timp1）；RF重视Plin2/Acot1/Decr1/Txnip，LASSO保留Acot1/Txnip/Pdk4/Timp1，两算法交集为Acot1与Txnip，即共识枢纽基因。
3.4 分类性能与外部验证：发现队列Acot1 AUC=1.000、Txnip AUC=0.988（样本内）；外部RNA-seq队列Acot1 AUC=0.951、Txnip AUC=0.988，且两基因在DCM中显著上调，证明跨平台可重复。
3.5 枢纽基因功能特征与免疫关联：按中位表达分层后GSEA显示Acot1与Txnip高表达均伴不饱和脂肪酸合成、脂肪酸延长、PPAR信号上调及支链氨基酸降解下调；mMCPcounter显示DCM中嗜酸性粒细胞、内皮细胞、血管评分改变，Acot1与血管评分负相关（rho=?0.561），Txnip与嗜酸性粒细胞（rho=?0.586）和血管（rho=?0.546）负相关。
3.6 枢纽基因的单细胞与空间转录组表征：scRNA-seq（1 DCM/1 Con）显示Txnip多细胞广表达且DCM升高，Acot1富集于心肌细胞与内皮细胞；scTenifoldKnk预测Acot1敲除扰动肌节与氧化磷酸化基因（Myl3、Actc1、Cox5a等），Txnip敲除扰动脂处理与血管信号基因（Plin4、Vegfa、Adcy6等）。空间转录组显示两基因在DCM切片表达升高，位级Spearman中DCM里Acot1 rho=0.123、Txnip rho=0.154，对照组织近乎为零，支持疾病特异性空间共关联。
3.7 体内实验验证ACOT1与TXNIP：HFD/STZ大鼠出现持续高血糖、糖耐量异常、LVEF/LVFS下降、LVIDs增加、胶原沉积与心肌细胞肥大；TEM见线粒体皱缩、嵴减少、外膜破裂。蛋白上GPX4降低、ACSL4升高、FTH1降低；RT-qPCR与Western显示Acot1/Txnip的mRNA与蛋白均上调，呼应生物信息学预测。
讨论部分总结：研究人员指出DCM中代谢从氨基酸分解转向脂质依赖，Acot1调控脂酰辅酶A平衡、可能通过减少多不饱和脂酰辅酶A底物具抗铁死亡意味，但持续上调也可能致游离脂肪酸释放与脂毒；Txnip在高糖下上调，抑制硫氧还蛋白（Thioredoxin，TRX）、激活NLRP3并经NCOA4介导铁自噬提升不稳定铁，具促铁死亡属性。两者一者偏代偿/保护、一者偏促病，但均需DCM内增益/缺失功能实验确认因果。微环境上，枢纽基因与血管/嗜酸性粒细胞评分负相关更多反映疾病分组差异；内皮功能障碍与 ferroptosis 免疫原性提示炎症-血管-铁死亡轴值得后续细胞类型特异性研究。转化上，Acot1/Txnip可作组织水平分子特征，ACOT1增强或TXNIP抑制（如verapamil、SRI-37330、ISRIB）是未来方向，但因果未立。
结论部分翻译：本研究采用整合生物信息学与机器学习框架，将Acot1与Txnip鉴定为糖尿病心肌病中的铁死亡相关分子特征。两个优先候选基因在发现队列中表现出强分类性能，并在采用不同测序平台的独立外部验证队列中保持判别能力。单细胞RNA测序提供细胞类型特异性表达的探索性证据，其中Txnip在多种心脏细胞中广泛表达，Acot1富集于心肌细胞与内皮细胞。空间转录组分析支持候选基因表达与DCM心肌中铁死亡驱动评分的疾病特异性空间关联。HFD/STZ诱导DCM大鼠的实体验证确认两基因在mRNA与蛋白水平上调。这些多层次发现支持Acot1与Txnip参与DCM中铁死亡相关转录组改变，并将其鉴定为后续机制与治疗研究的候选靶点。
