肺动脉高压中调节性T细胞 (Tregs) 的相关基因

肺动脉高压 (PH) 是一种心肺疾病，其特征是远端肺动脉进行性闭塞和肺血管阻力增加，最终导致右心衰竭甚至死亡。PH 的发病机制由多种因素驱动或引发，例如遗传易感性、表观遗传改变，炎症，代谢改变，以及缺氧和生长因子等环境因素。根据世界卫生组织的分类，它可以分为五组。迄今为止，大多数靶向药物都是针对 1 组 PH（肺动脉高压，PAH）开发的，包括内皮素受体拮抗剂、5 型磷酸二酯酶抑制剂和前列环素。然而，PAH 的预后远非令人满意，在现代管理时代的 REVEAL Registry 中，5 年生存率为 57%。因此，发现一些其他 PAH 靶标将为治疗策略开辟新途径。

未能解决炎症和改变的免疫反应将导致免疫和耐受之间微妙平衡的紊乱，这可能解释了血管周围炎症细胞的积累以及细胞因子和趋化因子的过多。因此，它引起了 PAH 发展的慢性炎症和自身免疫。在所有免疫细胞中，调节性 T 细胞 (Tregs) 是在 PAH 中协调自身耐受的主要细胞类型。据报道，暴露于 Sugen 5416（一种导致肺小动脉损伤的血管内皮生长因子受体 2 拮抗剂）的无胸腺裸鼠（缺乏正常 T 细胞）甚至在发生血流动力学显著的 PAH 之前就表现出 B 细胞的积累和巨噬细胞浸润。此外，雌性无胸腺 PAH 大鼠比雄性大鼠表现出更严重的血流动力学损害、增强的巨噬细胞浸润和增强的右心室纤维化，这也可以通过输注 Treg 以及血浆前列环素和其他心肺血管保护蛋白（例如., 前列环素合酶) 。Tregs 还可以控制中性粒细胞浸润，这可能与 PAH 的发病机制有关。证据线表明 PAH 患者的 Tregs 功能或频率降低。由于恢复 Treg 的丰度可以抑制 PAH 的进展，因此发现与 Treg 浸润相关的关键基因或靶点对于 Treg 积累到 PAH 的炎症环境中具有重要意义。针对免疫稳态形状的 Tregs 越来越多地被认为是 PAH 中肺血管重塑的一种有前途的治疗策略。

在这里，我们试图通过肺组织的转录组数据和 PH 患者数据集中的 Treg 浸润来筛选PAH 中的 Treg 相关基因 (TRG)，然后在实验性 PH 小鼠中验证这些基因，这将有助于我们了解 Treg PH发展中的相关分子机制。整合中心 TRG 以形成多基因特征也将允许发现用于区分 PH 与对照受试者的新指标。

研究目的：

调节性 T 细胞 (Tregs) 是维持免疫稳态和限制肺动脉高压 (PH) 的关键免疫调节剂。本研究旨在鉴定 PH 中的 Treg 相关基因 (TRG)。

研究方法：

从基因表达综合 (GEO) 数据库中检索 PH 患者肺部的基因表达谱。通过 xCell 算法估计 Treg 的丰度，并对其与差异表达基因 (DEG) 进行相关性分析。具有 |Pearson 相关系数| 的 DEG >0.4 被确定为 TRG。分析了功能注释和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络。通过单样本评分方法生成 25 个中心 TRG 的基因特征 (TRGscore)，以确定其区分 PH 与对照受试者的准确性。TRG 在 PH 队列的转录谱数据集和实验性 PH 小鼠的肺组织中得到验证。

研究结果：

与数据集 GSE117261 的 25 名对照受试者相比，在 58 名 PAH 患者的肺中总共鉴定了 819 个 DEG。

图 1. 差异表达基因（DEGs）和前五个DEGs与Tregs的丰度呈正相关和负相关。

总共有 165 个 DEG 与 Treg 的丰度相关并被鉴定为 TRG，与对照受试者相比，有 90 个上调基因和 75 个下调基因。上调的 TRG 富含多种途径的负调控，例如 cAMP 介导的信号传导和 I-kappaB 激酶/NF-kappaB 信号传导，并受编码转录因子（包括 HIF1A）的多个基因调控。此外，从 165 个 TRG 中衍生出 25 个中枢基因，分为三个簇，我们确定了针对 10 个中枢 TRG 的 27 种潜在药物。

图 2. 蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络的构建和枢纽TRG的识别。

基于 25 个中心 TRG 的 TRGscore 在 PH 患者中更高，并且可以区分 PH 与对照受试者（所有 AUC > 0.7）。其中，10个基因包括NCF2、MNDA/Ifi211、HCK、FGR、CSF3R、AQP9、S100A8、G6PD/G6pdx、PGD和TXNRD1在数据集 GSE24988 的严重 PH 患者的肺中以及在缺氧 PH 小鼠的肺中显著降低。

图 3. 在独立 PH 队列的数据集中验证中心 TRG。

图 4. 在缺氧 PH 的小鼠肺组织中验证中枢 TRG。

研究结论：

在该研究中，在PAH患者的肺转录谱中共鉴定了165个TRG（90 个基因上调和 75 个下调）。改变的TRG主要涉及与代谢改变或炎症反应有关的途径。研究结果表明，由 HIF1A 协调的上调和下调的 TRG 都确定了 PAH 的倾向，这可能是由于缺氧暴露下的免疫病理学。在 PPI 网络中，找出了 25 个中心基因并将其分为三个簇。有趣的是，25-hub 基因特征能够区分 PH 患者和对照组。此外，我们还发现了 27 种可能调节 10 个候选中枢 TRG 活性或表达的潜在药物清单。我们还证明了包括NCF2在内的 10 个基因，MNDA/Ifi211、HCK、FGR、CSF3R、AQP9、S100A8、G6PD/G6pdx、PGD和TXNRD1在 GSE24988 数据集的严重 PH 患者的肺中以及在缺氧 PH 小鼠的肺中显著降低。总之，我们通过肺组织的转录组数据和 Treg 在 PAH 患者的数据集中浸润来鉴定 TRG，然后在实验性 PH 小鼠中进行验证。这将为 PH 进展中的 Treg 相关治疗靶点提供一些启示，并强调多基因特征作为 PH 的新指标。

参考文献：

Liu Y, Shi JZ, Jiang R, Liu SF, He YY, van der Vorst EPC, Weber C, Döring Y, Yan Y. Regulatory T Cell-Related Gene Indicators in Pulmonary Hypertension. Front Pharmacol. 2022 May 31;13:908783. doi: 10.3389/fphar.2022.908783. PMID: 35712711; PMCID: PMC9197497.