今天给大家分享一篇IF=7.4的非肿瘤线粒体思路的文章，于2023年8月发表在Journal of Translational Medicine：A compendium of mitochondrial molecular characteristics provides novel perspectives on the treatment of rheumatoid arthritis patients，线粒体分子特性综述为风湿性关节炎患者治疗研究开辟了新的视野
摘要
风湿性关节炎（RA）是一种自身免疫性疾病，其特点是高度异质性，表现为不可预测的疾病发作和对现有治疗方法的显著变异。RA患者缺乏最佳分层可能是当前治疗方法效果不佳的一个原因。本研究的目的是通过利用线粒体基因来阐明RA的分子特征，并据此构建和验证一个RA的诊断框架。线粒体蛋白从MitoCarta数据库中获得，使用R包limma来筛选差异表达的线粒体基因（MDEGs）。使用Metascape进行富集分析，然后使用ConsensuClusterPlus包的无监督聚类算法基于MDEGs识别出不同的亚型。进一步探讨了这些亚型中的免疫微环境、生物途径和药物反应。最后，使用机器学习算法构建了一个基于多生物标志物的诊断模型。利用存在于转录轮廓中的88个MDEGs，可以将RA患者分类为三种不同的亚型，每种亚型都有其独特的分子和细胞特征。亚型A表现出炎症细胞和途径的明显激活，而亚型C则以特定的先天淋巴细胞为特征。亚型B中的炎症和免疫细胞显示出较为适中的激活水平（Wilcoxon检验P < 0.05）。
值得注意的是，使用费舍尔检验，亚型C与生物制剂如infliximab、抗TNF、rituximab和methotrexate/abatacept的更好反应之间显示出更强的相关性（P = 0.001）。此外，线粒体诊断SVM模型在区分RA的训练集（AUC = 100%）和验证集（AUC = 80.1%）中都显示出高度的鉴别能力。这项研究为RA中的线粒体改变提供了一个开创性的分析，为患者分层提供了一个新的框架，可能增强了治疗决策。
结果
图 1. RA患者与健康对照之间差异表达的线粒体基因的识别
- A-B RA患者与健康对照之间差异表达基因的火山图和热图。
- C RA患者中所有30个线粒体基因的相关性热图。
- D-E 118个差异表达的线粒体基因的GO富集和KEGG分析。
图 2. RA训练队列的共识聚类
- A 当k=3时，RA样本的共识分数矩阵。
- B 对于k=2-6的共识聚类累积分布函数（CDF），它可以完全描述实随机变量的概率分布。
- C k=2-6的CDF Delta面积曲线的相对变化。
- D MDEGs表达轮廓的主成分分析，显示了聚类的稳定性和可靠性。
- E 118个MDEGs RNA调控因子在三个聚类中的分布。
图 3. 基于88个交集基因的RA共识聚类PS：这图真排版挤成这样，PDF和官方原文也是，有点小无语
- A venn图显示了三个亚型之间MDEGs的交集。
- B 当k=3时，RA样本的共识分数矩阵。
- C 对于k=2-6的共识聚类累积分布函数（CDF），它可以完全描述实随机变量的概率分布。
- D k=2-6的CDF Delta面积曲线的相对变化。
- E MDEGs表达轮廓的主成分分析，显示了聚类的稳定性和可靠性。
- F 88个MDEGs RNA调控因子在三个聚类中的分布。
图 4. RA亚型的免疫细胞特征
图 5. RA亚型的通路特征
图 6. 多种生物制剂对RA亚型的反应
- Response: ：对生物制剂有反应；non-response：对生物制剂无反应。
- A 对Infiximab的反应/无反应。
- B 对抗TNF的反应/无反应。
- C 对rituximab的反应/无反应。
- D 对methotrexate/abatacept的反应/无反应。
图 7. RA诊断模型的构建
- A–B 使用LASSO进行特征选择。
- C 使用SVM进行特征选择。
- D 训练集中的RF、glm和SVM的ROC曲线。
- E 测试集中的RF、glm和SVM的ROC曲线。
图 8. 通过Spearman相关性分析显示生物标志物与浸润免疫细胞之间的相关性
- (A) ACACA基因与免疫细胞之间的相关性。
- (B) BCL2A1基因与免疫细胞之间的相关性。
- (C) FASTKD3基因与免疫细胞之间的相关性。
- (D) LYRM2基因与免疫细胞之间的相关性。
- (E) MTHFD2基因与免疫细胞之间的相关性。
要点
- 全篇文章的思路也是特别清晰，挑选差异基因，通路富集分析，一致性聚类，免疫细胞表征，外部验证，药物疗效，机器学习筛选生物标志物，免疫浸润分析。
MitoCarta数据库的线粒体蛋白，非常典型的非肿瘤诊断模型+外部验证 - 纯生信这样的工作量能发7分真的可以顶，线粒体，笔者认为这个RA作为非肿瘤，免疫炎症方面可以再深入挖掘，要练手的小伙伴复现一波吧，万一有了新idea～～
