影响因子：7.9
研究概述：缺血再灌注损伤（IRI）是肝脏手术中的一种严重风险，特别是切除和移植，因为血流减少导致缺氧和细胞损伤。这种情况会增加移植物排斥反应、急性肝衰竭和持续性肝功能障碍的可能性。肝脏IRI涉及各种细胞成分，包括无氧代谢、氧化应激、细胞内钙水平、库普弗细胞、线粒体、中性粒细胞、细胞因子和趋化因子。肝脏IRI诱导肝细胞自我降解过程的显着改变以及再灌注期间过度自噬可导致细胞死亡。缺血预处理和远程预处理已被证明可以防止各种器官的IRI。瑞芬太尼(remifentanil)是一种有效的阿片受体激动剂，在已建立的缺血再灌注损伤模型中，已在包括心脏和肝脏在内的多个器官中表现出保护作用。其增强自噬通量的能力已被确定为remifentanil后处理保护心肌细胞免受IRI的机制。如WGCNA和高通量测序所示，Fmol/Parkin信号通路可能通过影响肝细胞自噬来减轻肝IRI。本研究旨在利用GEO提供的GSE24430基因表达数据，通过网络药理学分析和高通量测序，研究remifentanil对大鼠肝缺血再灌注损伤的影响。
关于非肿瘤生信，我们也解读过很多，主要有以下类型
1 单个疾病WGCNA+PPI分析筛选hub基因
2 单个疾病结合免疫浸润，热点基因集，机器学习算法等
3 两种相关疾病联合分析，包括非肿瘤结合非肿瘤，非肿瘤结合肿瘤或者非肿瘤结合泛癌分析
4 基于分型的非肿瘤生信分析
5 单细胞结合普通转录组生信分析
目前非肿瘤生信发文的门槛较低！
研究结果：
WGCNA确定了四个可能有助于肝缺血再灌注损伤(HIRI)发展的关键共表达模块
作者首先选择了包含18个样本的GSE24430数据集进行WGCNA分析。接着，作者以β=20作为软阈值对样本进行分层聚类，并构建了无标度网络（图1A）。IRI表达谱确定了四个共表达模块，其中每个模块由不同的颜色表示（图1B-C）。通过模块特征相关性分析，作者发现灰色模块与HIRI的关联最强（图1D-E）。
差异基因分析确定68个与HIRI发展相关的差异表达基因
作者对GSE24430数据集的进一步研究发现，共有263个基因表现出差异表达；其中183个基因表达下调，180个基因表达上调(图2A, B)。通过jvenn分析，作者发现灰色模块中的基因与GSE24430数据集中的差异表达基因之间存在重叠。因此，作者最终鉴定出了68个重叠的差异表达基因，并将在后续的研究中对这些基因进行更深入的功能分析(图2C)。
网络药理学分析筛选出remifentanil可通过调节Fmol表达减轻HIRI
作者通过Pubchem网站预测了remifentanil化合物的2D和3D结构(图3A, B)，并在Pharmmapper网站得到了282个remifentanil化合物的靶基因。紧接着，作者利用jvenn分析将这282个候选靶基因与上述68个差异表达基因相交，发现remifentanil可能通过作用于Fmol来缓解HIRI(图3C)。随后通过Pharmmapper网站获得了remifentanil化合物作用于Fmol的具体位置(图3D)。
Fmol/Parkin信号通路可能通过影响肝细胞的自噬来减轻HIRI
接下来，作者通过GeneCards网站获取HIRI相关基因，并将Fmol和HIRI相关基因导入Cytoscape软件，构建PPI网络图。结果显示，Fmol可能与parkin RBR E3泛素蛋白连接酶(PARK2)相互作用(图4A)，而PARK2是一种与自噬相关的蛋白质。随后作者通过KEGG网站分析发现，Parkin主要调控自噬相关通路(图4B)。同时，先前的研究证实Parkin可通过增加肝细胞的自噬水平来减轻HIRI。以上结果表明，Fmol/Parkin信号通路可能通过影响肝细胞自噬来减轻HIRI。
Remifentanil在体内可激活Fmol/Parkin信号通路以缓解HIRI
首先，作者使用不同剂量的remifentanil治疗I/R大鼠模型。具体分为Sham组、I/R模型组、R1组(remifentanil预处理大鼠I/R组，2μg/kg/min)、R2组(remifentanil预处理大鼠I/R组，10μg/kg/min)。肝损伤相关指标及H&E染色结果显示，与Sham组相比，I/R组肝组织损伤严重、血清转氨酶ALT和AST活性显著升高、肝损伤加重、坏死面积和嗜酸性粒细胞浸润显著增加、MDA水平和MPO活性显著升高。而与I/R组相比，R1和R2组肝组织损伤减轻、AST和ALT活性显著降低、、损伤严重程度降低、MDA水平和MPO活性降低。值得注意的是，R2组肝损伤改善较R1组更为明显(图5A-E)。该结果表明，remifentanil可减轻大鼠HIRI，且该作用随剂量增加而更加明显。同时，RT-qPCR和Western blot分析结果显示，与Sham组相比，I/R模型组Fmo1和Parkin表达水平显著降低。而与I/R模型组相比，R1和R2组均Fmo1和Parkin表达水平明显增强(图5F-G)，这揭示了remifentanil在I/R大鼠肝组织中具有增强Fmo1/Parkin信号通路的潜在作用。
透射电镜结果显示，与Sham组相比，I/R模型组的自噬体明显减少。相反，R1和R2组中的自噬体明显增加，其中R2组中的自噬体升高更为明显(图5H)。与此同时，作者通过Western blot检测了自噬相关蛋白(LC3I/II, Beclin-1)的表达情况。结果表明，与Sham组相比，I/R模型组的自噬相关蛋白表达显著降低。而LC3I/II和Beclin-1在R1和R2组表达显著上调，其中LC3I/II和Beclin-1在R2组中的表达上调最为明显(图5I)。该结果与透射电子显微镜的发现一致。以上结果表明remifentanil可增强大鼠肝组织Fmo1/Parkin信号通路和自噬活性，具有潜在的治疗益处。
转录组高通量测序证实remifentanil通过激活Fmol/Parkin信号通路减轻HIRI
接下来，作者利用转录组高通量测序技术证实了之前观察到的结果。当与标准组相比，在I/R组中鉴定出了19个差异表达基因(图6A)。当与I/R组相比时，R1组显示出86个差异表达基因(图6B)，而R2组显示出34个差异表达基因(图6C)。作者通过对这些差异表达基因集的综合分析发现，Fmol是唯一表现出可变表达的基因(图6D)。而深入研究各组Fmol的表达模式发现，与I/R模型组相比，R1和R2组中Fmol的表达水平均显著上升。值得注意的是，R2组中Fmol的表达与标准对照组更为一致(图6E)。作者随后将分析扩展到R2组中前10个差异表达基因发现，Fmol和Parkin之间存在明显的正相关(图6F)，该结果进一步证实了这两个实体之间的关联。以上研究揭示了复杂的遗传相互作用和remifentanil对肝损伤背景下特定基因表达的调节作用。总之，上述结果表明，remifentanil可通过Fmol/Parkin信号通路缓解HIRI。同时，这些发现共加深了我们对潜在分子机制的理解，并可能为新的治疗策略铺平道路。
自噬是Fmo1/Parkin信号通路的下游通路，可缓解remifentanil治疗大鼠的HIRI
此外，作者在给大鼠I/R模型注射remifentanil的同时下调了Fmo1的表达，R2+sh-NC和R2+sh-Fmo1组。肝损伤相关指标及H&E染色结果显示，与R2+sh-NC组相比，R2+sh-Fmo1组AST和ALT活性明显降低，这表明损伤程度减轻。同时，MDA和MPO活性水平也显著降低(图7A-E)。RT-qPCR和Western blot分析显示，与R2+sh-NC组相比，R2+sh-Fmo1组中Fmo1和Parkin的表达升高(图7F-G)。通过透射电镜和Western blot的评估显示，相对于R2+sh-NC组，R2+sh-Fmo1组的自噬活性明显降低(图7H, I)。这些结果表明，降低Fmo1的表达可以部分抵消remifentanil对I/R的缓解作用，以及削弱它对大鼠模型中自噬的促进作用。
为了进一步证实Fmo1通过调节自噬水平对大鼠I/R模型疾病进展的影响，作者在使用自噬抑制剂3-MA治疗的同时诱导Fmo1过表达。结果显示，与R2+DMSO组相比，R2+3-MA组AST和ALT活性明显降低，表明损伤减轻。同时，MDA和MPO活性水平大幅下降，自噬水平显著降低(图7A-I)。这些结果与之前的一致，表明抑制或阻碍自噬过程可以部分抵消remifentanil对大鼠I/R的缓解作用。
研究总结：
HIRI是一种常见的临床疾病，涉及氧化应激、炎症、细胞凋亡和自噬。remifentanil是一种用于麻醉和手术的强效镇痛药，对HIRI有一定的保护作用。然而，其分子机制尚不清楚。本研究通过网络药理学和转录组学高通量测序，确定了Fmo1是连接remifentanil靶基因和HIRI相关基因的关键基因。同时发现发现remifentanil可通过增强Fmo1表达和诱导自噬激活来减HIRI，并在体外体内对其作用的分子机制进行了验证。该研究提示，通过增强Fmo1基因表达，诱导肝脏自噬可能减轻HIRI等肝脏疾病的危害。这一发现对开发新药物和替代疗法治疗HIRI提供了新的途径，具有重要指导意义。
