基于生物信息学的克罗恩病中炎症相关关键基因的筛选及验证

作     者：于明鑫 杨爱明 YU Mingxin;YANG Aiming

作者机构：中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院消化内科北京100730 

出 版 物：《中国医科大学学报》 (Journal of China Medical University)

年 卷 期：2024年第53卷第4期

页      面：324-331页

学科分类：1002[医学-临床医学] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 10[医学] 

基　　金：国家临床重点专科项目(ZK108000) 中央高水平医院临床研究专项专科提升项目(2022-PUMCH-B-024) 中央高水平医院临床研究专项重点项目(2022-PUMCH-C-063) 

主　　题：克罗恩病 炎症反应 差异表达基因 生物信息学 

摘      要：目的应用生物信息学方法筛选并验证炎症相关基因在克罗恩病(CD)中的表达情况。方法分别从基因表达综合(GEO)数据库和分子特征数据库(Msigdb)下载CD数据集(GSE193677、GSE66407和GSE179285)和炎症反应相关基因(IRGs)。利用GSE193677数据集进行单样本基因集富集分析(ssGSEA),明确CD和健康对照人群中免疫细胞和炎症水平;然后利用DESeq2方法于CD数据集进行基因差异表达分析,以|log2FC|≥1且校正P0.05标准筛选获得CD患者和健康样本之间的差异表达基因(DEGs)。DEGs和IRGs取交集获得炎症相关差异表达基因(IRDEGs)。对IRDEGs进行基因本体(GO)和京都基因和基因组数据库(KEGG)通路富集分析,利用STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析。利用Cytoscape软件的cyto-Hubba插件筛选确定关键IRDEGs。利用GSE66407和GSE179285数据集对CD组与健康对照组、炎症组及非炎症组关键IRDEGs的表达进行验证。结果GSE193677数据集中ssGSEA分析表明,CD患者炎症细胞表达明显高于健康对照(P0.001),免疫细胞中树突状细胞(P0.001)、中性粒细胞(P0.001)和巨噬细胞(P0.05)水平等也明显上调。通过差异表达分析获得450个DEGs,其中378个上调,72个下调。将DEGs和IRGs(200个)取交集,获得24个IRDEGs。GO和KEGG富集分析显示IRDEGs在T细胞增殖、CXCR受体通路、丝氨酸蛋白抑制剂、IL-17信号等通路中显著富集。PPI分析和Cytoscape筛选确定了7个关键IRDEGs,包括IL1A、SELE、CXCL11、CSF3、CXCL9、CXCL10和CCL7。7个关键IRDEGs均在不同程度上与临床病情活动度呈正相关(均P0.05)。验证结果显示,GSE66407数据集中,CD组和炎症组IL1A、SELE、CXCL11、CXCL9、CXCL10和CCL7表达均明显上调(均P0.01);GSE179285数据集中,CD组SELE、CXCL11、CSF3、CXCL9、CXCL10和CCL7表达均高于健康对照组(均P0.01),炎症组7个关键IRDEGs表达水平均高于非炎症组(均P0.05)。结论本研究明确了炎症相关基因在CD中的表达情况;确认了IL1A、SELE、CXCL11、CSF3、CXCL9、CXCL10和CCL77个关键IRDEGs,为CD的临床诊治提供了有利支持。