人心肌细胞和巨噬细胞感染SARS-CoV-2后基因表达谱的变化及其意义

摘要

目的:2019冠状病毒病(coronavirus disease 2019,COVID-19)是一种由严重急性呼吸综合征冠状病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)引起的急性呼吸道传染病.SARS-CoV-2既可直接损伤心肌,也可通过激活免疫系统,引发细胞因子风暴,导致炎症细胞在心肌组织的浸润而损伤心肌.本研究基于测序数据分析SARS-CoV-2感染后人心肌细胞和巨噬细胞基因表达的变化,探讨SARS-CoV-2对心脏和免疫系统的潜在影响.方法:检索公共数据集GSE151879,采用在线软件Network Analyst对数据进行预处理,并进行感染组和对照组心肌细胞、人胚胎干细胞来源的心肌细胞及巨噬细胞差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)[log2(fold change)>2,调整后P<0.05]的筛选.获取心肌细胞和巨噬细胞中表达模式一致的共同差异表达基因(consistent common differentially expressed genes,CCDEGs),利用在线分析软件String对其进行生物学功能和信号通路的富集分析.建立蛋白质交互作用网络、转录因子-基因交互网络、miRNA-基因交互网络和环境化学物-基因交互网络,并利用Cytoscape3.72进行可视化.结果:经标准化后的数据质量优秀,可确保分析结果可靠;心肌细胞感染SARS-CoV-2后,基因表达谱发生明显改变;成人心肌细胞中共484个DEGs,巨噬细胞中共667个DEGs,人胚胎干细胞来源的心肌细胞中共1483个DEGs.机械传感介体同系物(STUM)、脱氢酶/还原酶9(DHRS9)、钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶IIβ(CAMK2B)、紧密连接蛋白1(CLDN1)、C-C基序趋化因子配体2(CCL2)、肿瘤坏死因子α诱导蛋白3相互作用蛋白3(TNIP3)、G蛋白偶联受体84(GPR84)、C-X-C基序趋化因子配体1(CXCL1)在3类细胞中表达模式完全一致.蛋白质交互作用网络提示CAMK2B蛋白在3类细胞抗病毒过程中可能发挥着关键性作用.环境化学物二氧化硅、苯并芘、镍和雌二醇影响3类细胞的抗病毒过程.结论:CAMK2B、CLDN1、CCL2和DHRS9基因在心肌细胞抗SARS-CoV-2免疫反应中发挥重要作用;二氧化硅、苯并芘、镍和雌二醇可能通过增加心肌细胞毒性影响细胞的抗病毒过程,进而加重SARS-CoV-2对心脏的损害.