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目的:本研究旨在基于人类心脏转录组与实验性模型探索铁死亡在脓毒性心肌损伤中的分子生物学机制及治疗性化合物,为明确铁死亡在脓毒性心肌损伤（Septic myocardial injury,SMI）中的病理作用提供基于人类样本的初步证据,同时为发掘SMI精确诊疗靶点提供新的切入点。方法:本研究按照以下方法序贯性进行:1.基于人类脓毒症心脏转录组进行深度生物信息学分析,对人类脓毒症心脏转录组中铁死亡相关基因（Ferroptosis-related genes,FRGs）的变化进行了基因集富集分析（Gene set enrichment analysis,GSEA）,并进一步通过基因本体论（Gene Ontology,GO）以及京都基因和基因组数据库（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）分析探讨FRGs的潜在生物学功能和作用通路,利用Spearman相关性分析检测它们之间的潜在串联。构建蛋白质-蛋白质相互作用网络（Protein-protein interaction,PPI）后,通过K-means聚类算法和MCC算法分析确定在转录组中发生显著变化的FRGs（Differentially expressed FRGs,DEFRGs）中的关键功能模块和枢纽基因。2.通过构建脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）诱导的小鼠心肌损伤模型模拟SMI,利用超声心动图检测、血生化检测、心肌生化检测、免疫组化检测、二氢乙锭（Dihydroethidium,DHE）荧光探针检测、透射电镜检测、实时荧光定量PCR（Quantitative Real-time PCR,q RT-PCR）检测及蛋白质印迹（Western blot）检测验证SMI病理状态下的多重铁死亡特征以及枢纽基因的表达改变,并确定关键FRGs。3.进一步通过受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic,ROC）曲线分析在人类心脏和血液样本队列中评估关键FRGs对脓毒症心脏的诊断能力,以及与脓毒症病情和预后的相关性。通过人类心脏单细胞转录组数据分析确定关键FRGs在心脏组织中的表达和分布。通过CIBERSORT算法对脓毒症心脏中免疫细胞比例进行估算,并对脓毒症心脏中的关键FRGs进行免疫浸润相关性分析。4.最后,本研究基于DSig DB数据库中关键FRGs的化合物-靶点相关性预测了可在SMI中调控铁死亡的潜在化合物,并通过分子对接技术模拟预测了目标化合物与关键FRGs对应蛋白的结合情况。在LPS诱导的H9c2心肌样细胞损伤模型中利用细胞活力检测、细胞生化检测、Western blot检测、q RT-PCR检测、5.2.7 2′,7′-二氢二氯荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）及C11BODIPY581/591荧光探针染色、透射电镜检测、不稳定铁池（Labile iron pool,LIP）检测对目标化合物在模拟SMI状态下对心肌细胞的保护作用及对铁死亡的调控机制进行了研究,并进一步通过Western blot检测了目标化合物对预测结合力较强的关键FRGs对应蛋白水平的影响。结果:1.通过基于人类脓毒症心脏转录组的生物信息学分析,发现在脓毒症心脏转录组中铁死亡相关基因集发生了显著改变（FDR＜0.05,NES=1.489）。总共筛选出71个DEFRGs（FDR＜0.05,|log2Fold Change|≥0.25）,分析发现它们主要参与了细胞铁离子稳态调控和对营养、氧和化学压力反应等生物学过程（P＜0.05）;主要定位于细胞顶端、基底质膜、自噬体及自噬溶酶体等细胞成分（P＜0.05）;其分子功能主要作用于包括转录因子与DNA、泛素蛋白连接酶、转录核心调节器和共激活器、热休克蛋白的结合以及酰基转移酶和氧化还原酶的活性（P＜0.05）;主要富集于铁死亡、活性氧、自噬和癌症相关信号通路（P＜0.05）。Spearman相关性分析发现DEFRGs中存在广泛的基因表达相关性、生物学功能及通路交互性和蛋白质相互作用（P＜0.05）。最后通过构建DEFRGs的PPI网络筛选出了其中的2个关键模块以及10个枢纽基因（STAT3、NOX4、TP53、HIF1A、NFE2L2、MAPK3、RELA、PTEN、EGFR、PPARA）。2.通过构建LPS诱导的小鼠心肌损伤模型来模拟SMI的病理状态,心脏彩超显示左室射血分数和短轴收缩率显著降低,循环炎症因子（IL6、IL-1β、TNF-α）和心肌损伤标志物（LDH、CK-MB、c Tn T）显著增加（P＜0.05）。同时发现在该实验性SMI模型中小鼠心肌从生物标志物、形态学、生化学多角度表现出现了铁死亡的特征,包括心肌PTGS2表达水平显著上调,铁含量增加,活性氧（Reactive oxygen species,ROS）水平增高,4-HNE和MDA水平显著增加,以萎缩和基质丢失为特征的广泛线粒体损伤,主要生理性铁死亡防御系统SOD、GSH-Px、GSH/GSSG显著受损下调（P＜0.05）。Fer-1预处理可以显著逆转LPS处理诱导的铁死亡特征（P＜0.05）,但并未显著改善心肌内铁的蓄积（P＞0.05）。超声心动图观察到Fer-1预处理显著改善了小鼠心功能,与之对应的是循环炎症因子和心肌损伤标志物显著降低（P＜0.05）。HIF1A,MAPK3,NOX4,PPARA,PTEN,RELA,STAT3和TP53通过q RT-PCR被验证确定为SMI中的关键FRGs（P＜0.05）。3.通过ROC分析确定关键FRGs对脓毒症心脏具有良好的诊断性能,部分关键FRGs的表达水平与脓毒症患者的预后显著相关（P＜0.05）。所有关键FRGs在人类胎儿和成人心脏中都有不同程度的表达,且它们在中性粒细胞、巨噬细胞等多种免疫细胞中同样存在不同程度的表达。同时,Spearman相关性分析确定部分关键FRGs的表达水平与脓毒症心脏中免疫细胞浸润的比例存在显著相关性（P＜0.05）。4.基于所确定的关键FRGs预测出白藜芦醇（Resveratrol,Res）为SMI中潜在的铁死亡调控化合物（P＜0.05,综合得分=2975802）。进一步体外研究结果显示,Res通过下调TFR1表达及上调FPN1表达缓解了LPS诱导的H9c2细胞铁过载,同时通过降低FTL表达及增加FTH表达降低了LPS诱导的细胞内不稳定铁水平增加（P＜0.05）。此外,Res可以通过减轻生理性铁死亡防御系统损伤、降低ROS及脂质过氧化水平的机制抑制LPS诱导的H9c2细胞铁死亡从而发挥保护作用（P＜0.05）。分子对接结果显示关键FRGs中RELA（-CDOCKER结合能=33.5562）、PPARA（-CDOCKER结合能=32.3970）、NOX4（-CDOCKER结合能=30.7867）的蛋白结构与Res结合力较强。Western blot确定LPS处理会显著诱导H9c2细胞中NOX4表达上调和PPARA表达下调（P＜0.05）,而额外的Res预处理会显著抑制LPS诱导的NOX4和PPARA表达变化（P＜0.05）,但RELA的蛋白水平在LPS和Res处理后并未发现明显变化（P＞0.05）。结论:人类脓毒症心脏转录组中FRGs显著失调,且DEFRGs中存在广泛的基因表达相关性、生物学功能及通路交互性。SMI模型小鼠心肌中表现出铁死亡的特征,抑制铁死亡可改善SMI模型小鼠心功能。HIF1A,MAPK3,NOX4,PPARA,PTEN,RELA,STAT3和TP53是SMI中的关键FRGs,关键FRGs具有一定的SMI相关临床应用潜力。Res可在体外实验性SMI模型中抑制心肌细胞铁死亡并发挥保护作用,NOX4下调和PPARA上调参与介导了Res的保护作用。综上,本研究为进一步探索铁死亡在SMI中的角色提供了实验基础和理论依据。