动脉粥样硬化与桥本甲状腺炎共病机制的生物信息学与单细胞测序研究

作者及机构
本研究由Yirong Ma（江西中医药大学研究生院）、Shuguang Wu（江西省中西医结合医院神经内科）、Junyu Lai与Qiang Wan（江西中医药大学附属医院心血管科）、Jingxuan Hu、Yanhong Liu、Ziyi Zhou（江西中医药大学研究生院）及Jianguang Wu（通讯作者，江西中医药大学附属医院心血管科）共同完成，发表于*Scientific Reports*（2025年，卷15，文章编号1792）。

学术背景
动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AS）是一种以动脉壁炎症和胆固醇斑块形成为特征的慢性血管疾病，而桥本甲状腺炎（Hashimoto’s Thyroiditis, HT）是一种由自身免疫反应导致的甲状腺慢性炎症性疾病。尽管两者在流行病学上存在关联（如HT患者心血管风险升高），但其共病的具体分子机制尚不明确。本研究旨在通过生物信息学与单细胞测序技术，揭示AS与HT的共享致病通路及关键基因，为共病诊疗提供新靶点。

研究流程与方法
1. 数据获取与差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）筛选
- 从基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO）获取AS（数据集GSE28829、GSE100927）和HT（GSE138198、GSE29315）的转录组数据，以及AS的单细胞数据集（GSE155512）。
- 使用R语言的limma包筛选DEGs（|log2FC|>1，校正p值<0.05），并通过火山图和热图可视化。发现AS与HT共有75个重叠DEGs。

1. 加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA）

   • 对AS和HT数据集分别构建共表达网络，确定与疾病最相关的模块（AS中“meturquoise”模块正相关，HT中“meblack”模块正相关）。
     
   • 交叉分析关键模块基因与DEGs，最终筛选出119个候选基因。
     

2. 功能富集与通路分析

   • 通过Gene Ontology（GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）分析显示，候选基因显著富集于抗原加工呈递、免疫炎症通路（如补体系统、Toll样受体信号通路）。
     

3. 核心基因筛选与验证

   • 利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）网络，结合Cytoscape的CytoHubba插件（5种算法）鉴定核心基因：PTPRC（蛋白酪氨酸磷酸酶受体C型）和TYROBP（TYRO蛋白酪氨酸激酶结合蛋白）。
     
   • 外部数据集验证显示，两基因在AS和HT中表达均显著上调，且受试者工作特征曲线（Receiver Operating Characteristic, ROC）分析显示其诊断效能（AUC>0.9）。
     

4. 免疫浸润与单细胞分析

   • CIBERSORT算法揭示AS和HT中记忆B细胞、巨噬细胞浸润增加，且与核心基因表达显著相关。
     
   • 单细胞测序显示，PTPRC和TYROBP主要在巨噬细胞、单核细胞、T细胞及共同髓系祖细胞（Common Myeloid Progenitor, CMP）中高表达。
     

主要结果
- 共享免疫机制：AS与HT均涉及异常免疫反应，核心基因PTPRC和TYROBP通过调控巨噬细胞和T细胞功能，驱动炎症反应。
- 诊断标志物：两基因的高表达与疾病严重程度相关，ROC曲线证实其作为生物标志物的潜力。
- 通路关联：GSEA分析显示核心基因富集于细胞因子-受体相互作用、补体激活等通路，提示免疫调节紊乱是共病的关键。

结论与意义
本研究首次通过多组学整合分析，提出AS与HT的共病机制可能源于免疫系统失调，尤其以PTPRC和TYROBP为核心的巨噬细胞/T细胞激活通路。这两类基因不仅是潜在的诊断标志物，还可能成为干预靶点，为开发广谱抗炎疗法提供理论依据。

研究亮点
1. 方法创新：结合WGCNA、PPI网络与单细胞测序，系统性解析疾病共病机制。
2. 关键发现：鉴定PTPRC和TYROBP为跨疾病核心基因，揭示其在免疫细胞中的特异性表达模式。
3. 临床价值：为AS合并HT患者的精准诊疗提供分子层面的新策略。

局限性
研究依赖公共数据库，需进一步实验验证蛋白功能；单细胞数据仅来自AS，未来需补充HT样本以完善结论。