影响因子：7.3
研究概述：肝缺血再灌注损伤(HIRI)是肝移植和手术的主要并发症，严重影响术后预后。线粒体自噬对于去除功能失调的线粒体和维持细胞平衡至关重要，其在HIRI中的作用尚不清楚。为了揭示线粒体自噬相关基因(MRGs)在HIRI中的作用，作者从基因表达综合(GEO)数据库中收集了44个HIRI样本和44个正常对照样本进行了分析，使用随机森林和支持向量机-递归特征消除(SVM-RFE)，确定了八个关键基因，并基于这些发现开发了一个逻辑回归模型。此外，作者采用共识聚类分析，根据HIRI患者的MRG表达谱对其进行分类，并进行加权基因共表达网络分析(WGCNA)，以识别在不同模块中表现出高相关性的基因簇。作者进行了单细胞RNA测序数据分析，以探索HIRI中MRG行为的解释。该研究强调了MRGs在HIRI中的关键作用和内皮细胞的异质性。作者发现了巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)和cGAS-STING (GAS)途径是线粒体自噬对HIRI影响的调节因子。
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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
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研究结果：
利用综合生物信息学分析和实验验证预测肝缺血再灌注损伤(HIRI)中线粒体自噬相关基因(MRGs)的流程图
HIRI中线粒体自噬相关差异表达基因(MRDEGs)的鉴定
图A和图B主成分分析说明了批次效应的成功消除。图C到图E表现了作者鉴定出24个表现出差异表达的基因。MAP1LC3B和UBC等基因在HIRI中的表达明显增加，而ULK1和CSNK2A2的表达明显降低。图F发现UBC和SQSTM1之间存在强烈的正相关，与UBC和MFN1之间存在显著的负相关形成鲜明对比。
利用枢纽MRGs开发和验证HIRI诊断模型
图A利用随机森林和支持向量机递归特征消除(SVMRFE)的综合优势，作者发现了8个关键基因的发现:FUNDC1, VDAC1, MFN2, PINK1, CSNK2A2, ULK1, UBC和MAP1LC3B。如图3B所示，该模型的预测性能好(AUC = 0.893)。如图D所示，为了保证Receiver Operating Characteristic (ROC)曲线的准确性，作者采用bootstrap方法，生成随机样本(n = 1000个bootstrap)并进行替换，并通过校准曲线证明模型的稳定性。而在图E和图F中，通过nomogram，该模型的诊断精度超过了单独使用单个基因的诊断精度。图3G结果表明，除ULK1、UBC和PINK1外，大多数基因在细胞模型中表现出正确的趋势，并且在细胞模型中具有显著性。
线粒体自噬调节因子和免疫浸润分析
图A使用基于这些模式的共识聚类分析将患者分为三个不同的聚类。图B表现了第3类患者显示出更高的HIRI诊断可能性。图C显示B系和T细胞活化在簇3中都明显富集。如图D所示，集群3显示MAP1LC3B、PINK1、MAP1LC3A、SRC、TOMM40显著上调，FUNDC1和TOMM20显著下调。图E的炎性因子表达的差异表明，在集群3中，CSF1、CSF3、CD4和TGFB3水平升高。如图F所示，利用GSEA进行富集分析，作者对三个集群进行了通路差异分析。结果强调了与簇内“细胞因子产生的负调节”和“淋巴细胞激活的负调节”相关的通路的激活。反之，抑制组蛋白H2A乙酰化通路可能表明基因表达调控发生改变，影响免疫应答和细胞应激机制。
基因模块筛选及共表达网络构建
图A和图B通过WGCNA构建共表达模块，将软阈值设置为9，以实现网络构建中最优的无标度拓扑。通过最优动态树切和分层聚类方法，图C识别出显著的共表达模块。值得注意的是，在图D中，棕色模块与簇3表现出强烈的正相关。如图E所示，利用metscape对棕色模块内的基因进行富集分析，揭示了“程序性细胞死亡的正调控”、“核受体meta通路”和“免疫系统细胞因子信号传导”等通路。
枢纽基因、免疫细胞和炎症因子的相关性(A)基于CIBERSORT的基因和免疫细胞相关性图算法
图A表现了在分析的24个基因中，MAP1LC3B与中性粒细胞、肥大细胞活化和单核细胞呈正相关。MAP1LC3B与肥大细胞静息和巨噬细胞M2呈负相关。同样，MFN2与T细胞CD8和巨噬细胞M2呈正相关，但与单核细胞呈负相关。此外，图B的诊断基因显示与B谱系、中性粒细胞、NK细胞、T细胞和单核细胞谱系有很强的相关性。如图C所示，对8个枢纽MRGs与炎症因子之间联系的评估表明，8个枢纽基因与炎症因子如TGFB1、TGFB3、IL7、TNF、IL3、IL6、PDGFA、IL10和CSF2之间存在很强的相关性。
通过单细胞分析HIRI中解剖内皮细胞MRG的表达
作者探索了GSE171539数据集，其中包括来自肝移植的单细胞测序数据，在图A中，细胞群被分为14个簇。随后，根据标记基因的表达，如图B所示，将这些细胞群分为7个不同的细胞群:B细胞、内皮细胞、红母细胞、肝细胞、单核细胞、NK细胞和组织干细胞。我们在HIRI组观察到一种新的内皮细胞群，与对照组的内皮细胞群不同。图C还揭示了HIRI组和对照组内皮细胞中线粒体自噬评分的显著差异。为此，作者对内皮细胞进行了进一步的降维和聚类，图D突出了HIRI与对照组相比的显著变化和明显的异质性。在此基础上，如图E到图G所示随后的伪时间分析绘制了类似于树状结构的发育轨迹，展示了不同的组织状态。在这一轨迹的初始和中期，内皮细胞中主要存在HIRI相关细胞和基因表达。然而，随着发展到晚期，这些表达逐渐转向更接近正常组织的表达。
不同MRG评分的内皮细胞和细胞通讯分析
图A和图B表现了有丝分裂率高的内皮细胞表现出与单核细胞的通讯增强，用图形描述了不同细胞类型之间的细胞间通讯动态。有丝自噬高水平的内皮细胞在信号转导和接收方面表现出显著的潜力，而如图C和图D所示，有丝自噬低水平的内皮细胞主要表现出高信号接收能力。图E结果显示巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)和cGAS-STING (GAS)信号在有丝分裂高和低内皮细胞之间的通讯信号较强。
内皮细胞中转录因子图谱的SCENIC分析
如图A和图B所示，与低自噬评分显著相关的转录因子包括FOS(+)、GR1(+)、JUNB(+)、KLF2(+)，而与高自噬评分密切相关的转录因子包括ELF1(+)、KLF10(+)、XBP1(+)和CEBPD(+)。此外，作者在Bulk转录组水平上对每组中排名前10位的独特转录因子与MRGs进行了相关性分析。图C结果显示，与线粒体自噬高评分相关的前10个转录因子大多与MRG呈正相关。
研究总结：
肝缺血再灌注损伤(HIRI)是一种在重大肝脏手术、肝移植手术和肝外伤病例中普遍遇到的临床挑战。寻求开发有效的药物或目标来预防和治疗HIRI仍然是医学研究的一个关键重点领域。为了揭示线粒体自噬相关基因(MRGs)在HIRI中的作用，作者从GEO数据库中收集样本进行了分析，使用随机森林和支持向量机-递归特征消除(SVM-RFE)确定了八个关键基因(FUNDC1、VDAC1、MFN2、PINK1、CSNK2A2、ULK1、UBC、MAP1LC3B)，发现了他们在HIRI和对照组中表达不同。基于MRG谱，HIRI患者被分为三个亚群，WGCNA发现了高度相关的基因模块。单细胞分析发现两种类型的内皮细胞具有不同的MRG评分，表明它们在HIRI中的不同作用。该研究强调了MRGs在HIRI中的关键作用和内皮细胞的异质性，这些发现促进了对HIRI中线粒体自噬的理解，并为未来的研究和治疗发展奠定了基础。
