题目：Gene expression profiling analysis to investigate the role of remoteischemic postconditioning in ischemia-reperfusion injury in rats (BMC Genomics, IF=3.73)
客户单位：中国医学科学院阜外医院
中康博提供：
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基因芯片检测（Affymetrix Rat Gene 2.0 ST chip，即Gene 2.0系列）
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高通量生物信息分析（聚类分析、散点图、火山图、功能富集分析、KEGG信号通路富集分析、全局信号转导网络图等）
推荐语
血流恢复是心肌缺血损伤后挽救心肌的一种确切的治疗方法。 然而，缺血心肌的血流突然恢复会导致缺血再灌注损伤(IRI)。本实验通过大鼠心肌缺血再灌注模型，研究远距离缺血后处理（rPostC）的心肌保护作用。本实验设计三分组： 对照组，IRI组和IRI + RPostC组 ，Affymetrix Rat Gene 2.0 ST芯片检测在IRI和IRI + RPostC组之间鉴定出265个上调基因和267个下调基因。功能（GO）富集分析表明GTP酶活性，GTP结合，环核苷酸磷酸二酯酶活性和细胞因子活性等分子功能正向调节，可以有助于RPostC的心脏保护作用。通路（KEGG）富集分析表明TNF信号传导通路和Toll样受体信号传导通路发挥着潜在作用。全局信号转导网络分析和实时荧光定量PCR结果进一步确定了几个核心基因，包括Pdgfra，Stat1，Lifr和Stfa3，它们在IRI诱导心脏损伤中的潜在作用值得进一步研究。
研究结果
1. RPostC治疗对IRI大鼠心肌梗死面积的影响
为了深入了解远程缺血后处理（RPostC）在缺血/再灌注损伤（IRI）中的潜在分子机制，首先建立了心肌缺血再灌注的体内大鼠模型。 如图1a所示，将没有阻断前降支血管的大鼠作为对照；通过3次30s左股动脉（LFA）闭塞/ 30s再灌注构建IRI大鼠，然后对IRI大鼠进行RPostC治疗（将左前降支冠状动脉（LAD）闭塞45min）。
接下来进行组织学TTC染色，评估缺血/再灌注过程或RPostC治疗对心肌缺血再灌注损伤大鼠的影响。TTC染色用于测量心肌梗塞面积。如下图所示，IRI组的心肌梗塞面积与对照组相比增加（P <0.01）。 然而，当IRI大鼠进行RPostC治疗后，心肌梗塞面积增加减弱（图1b-c，P <0.01）。 这表明RPostC治疗显示出对大鼠缺血/再灌注损伤的心肌保护作用。
2. RPostC治疗对IRI大鼠模型心肌细胞凋亡水平的影响
Tunel实验表明，如下图所示，IRI组与对照组相比凋亡信号增强（P <0.01）。然而，与IRI组相比，检测到IRI + RPostC组的细胞凋亡水平降低（P <0.01）。 因此，IRI大鼠经RPostC治疗能够减弱IRI诱导的心肌细胞凋亡水平。
3. 表达谱芯片分检测及数据分析
为了研究RPostC处理的生物学作用的分子机制，使用上述三种大鼠模型进行了Affymetrix Rat Gene 2.0 ST表达谱芯片检测，与IRI组相比，在IRI + RPostC组中检测到265个上调基因和267个下调基因。为了进一步全面且直观地呈现两组之间的差异，对差异表达基因进行聚类图、散点图、火山图分析，其中红色表示上调基因，绿色表示下调基因。
4. GO和KEGG富集分析
通过GO富集分析发现了一组与上调基因相关的分子功能，如GTP酶活性，GTP结合，环核苷酸磷酸二酯酶活性，细胞因子活性， 细胞对干扰素-β等，这可能与缺血/再灌注损伤期间RPostC的心肌保护有关。 此外，还检测到下调基因相关的分子功能，如趋化因子活性，CCR趋化因子受体结合，整合素介导的细胞-细胞粘附等。通路富集分析发现TNF信号传导通路和Toll样受体信号传导通路可能参与RPostC的心脏保护作用。
功能富集分析柱状图
通路富集分析气泡图
5. 网络分析
为了进一步鉴定潜在的核心基因，这些基因在信号网络和RNA-RNA相互作用中是必不可少的。通过全局信号转导网络分析鉴定了总共202个核心基因，包括Plcb4，Pdgfra，Ccr111，Stat1和Jun。通络共表达网络分析鉴定了436个核心基因，包括Hba2，LOC501110，Spag9，Stfa3和Cflar。 然后，进一步通过维恩图获得64个共同基因 同时将将网络程度值限制为5，至此识别出包括LOC501110，Lifr和Gstm5在内的三个基因。
全局信号转导网络图
6. 实时荧光定量PCR验证
接下里，通过实时荧光定量PCR进一步验证差异表达的mRNA。 如图7所示，检测到包括Pdgfra，Stat1和Lifr在内的基因的上调，同时观察到Stfa3基因的下调，结果与芯片结果相吻合。
研究结论
为了研究远程缺血后处理的特定分子机制，设计三分组：对照组，IRI组和IRI + RPostC组，对三分组的大鼠样本进行表达谱芯片检测，得到差异基因，然后对差异基因进行GO和KEGG通路富集分析，发现与GTP酶活性，细胞因子活性，TNF和Toll样受体信号通路密切相关。同时，对差异基因进行全局信号转导网络和共表达网络分析，借助网络鉴定出核心基因，如Pdgfra，Stat1，Lifr和Stfa3。以上研究对发现相关的生物标志物，开发相关药物，并将药物靶向其相应的信号转导通路是有意义的。
PS: 文章中涉及的基因芯片检测和数据分析由本公司完成！
参考文献：Gene expression profiling analysis to investigate the role of remote ischemic postconditioning in ischemia-reperfusion injury in rats. BMC Genomics. 2019.
北京中康博生物科技有限公司（beijing Cnkingbio Biotechnology Co.LTD）是北方乃至全国最大的Affymetrix检测中心之一，公司以数据分析为特色，整合Affymetrix基因芯片、Illumina二代测序、个性化生物信息分析三项核心服务。立足生命科学，为临床与基础研究领域的科学工作者提供分子生物学高端技术服务。
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