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机器学习联合生物信息学鉴定骨关节炎细胞衰老关键基因及验证

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中国组织工程研究 2024年第20期28卷 3196-3201页

作者：袁长深廖书宁李哲吴思萍陈乐伟刘晋邑李彦宏段戡广西中医药大学第一附属医院四肢骨伤科广西壮族自治区南宁市530023 广西中医药大学研究生院广西壮族自治区南宁市530000

背景:细胞衰老与骨关节炎的发生、发展密切相关,但具体作用靶点及调控机制尚不清楚。目的:综合生物信息学和机器学习方法挖掘细胞衰老介导骨关节炎的关键基因,并利用实验加以验证,探讨细胞衰老在骨关节炎中的作用。方法:从GEO数据库中... 详细信息

背景:细胞衰老与骨关节炎的发生、发展密切相关,但具体作用靶点及调控机制尚不清楚。目的:综合生物信息学和机器学习方法挖掘细胞衰老介导骨关节炎的关键基因,并利用实验加以验证,探讨细胞衰老在骨关节炎中的作用。方法:从GEO数据库中获得骨关节炎基因表达谱以及从CellAge数据库中获得细胞衰老相关基因,二者取交集并提取交集基因表达量进行差异分析,然后对差异基因进行GO和KEGG分析,接着通过PPI网络分析和机器学习筛选骨关节炎细胞衰老关键基因,并进行体外细胞实验验证,采用qPCR方法检测关键基因的表达。结果与结论:①获得31个骨关节炎细胞衰老差异基因,GO分析显示主要参与白细胞分化调节、单核细胞分化、T细胞分化调节等生物过程,在DNA转录因子结合、组蛋白去乙酰化酶结合、染色质DNA结合、趋化因子结合中发挥作用;②KEGG分析表明骨关节炎细胞衰老差异基因主要在JAK/STAT信号通路、PI3K/Akt信号通路、FoxO信号通路中被激活;③通过PPI网络拓扑学分析和机器学习方法筛选出骨关节炎细胞衰老关键基因MYC;④体外细胞实验结果表明,实验组骨关节炎软骨细胞中MYC mRNA表达明显低于对照组(正常软骨细胞),差异有显著性意义(P<0.05);⑤结果表明,MYC可作为骨关节炎细胞衰老的关键基因,可能通过介导免疫应答、炎症反应和转录调控等成为骨关节炎防治的新靶标。

关键词：骨关节炎细胞衰老关键基因细胞实验机器学习生物信息学

组织工程治疗股骨头坏死软骨下分离的适用技术

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中国组织工程研究 2024年第21期28卷 3385-3392页

作者：黄艺轩陈浩薛鹏席洪钟何帅孙光权杜斌刘锌南京中医药大学附属医院江苏省南京市210029

背景:股骨头坏死出现新月征是病情进程的“分水岭”,修复和稳定骨-软骨界面对阻止病情继续进展和预防股骨头塌陷尤为重要。利用组织工程学同步修复、整合骨-软骨界面具有潜在优势。目的:综述探讨解决股骨头坏死软骨下分离的潜在适宜技... 详细信息

背景:股骨头坏死出现新月征是病情进程的“分水岭”,修复和稳定骨-软骨界面对阻止病情继续进展和预防股骨头塌陷尤为重要。利用组织工程学同步修复、整合骨-软骨界面具有潜在优势。目的:综述探讨解决股骨头坏死软骨下分离的潜在适宜技术。方法:检索1970年1月至2023年4月PubMed、Web of Science及中国知网、万方数据库中发表的相关文献,英文检索词:“Femoral head necrosis,Avascular necrosis of femoral head,Osteonecrosis of femoral head”等,中文检索词:“股骨头坏死,软骨下骨,软骨,软骨与软骨下骨整合”等,最终纳入114篇文献进行综述分析。结果与结论:①结构缺陷、缺血缺氧环境、炎症因素和应力集中可能造成股骨头坏死软骨下分离现象,软骨下骨分离会造成塌陷进展,并且可能与保髋手术失败相关,利用组织工程支架实现支架与骨-软骨界面的整合是治疗股骨头坏死软骨下分离的潜在方法之一。②目前的文献研究表明,多相、梯度支架和复合材料在促进骨、软骨细胞黏附与增殖,骨软骨基质的沉积方面均有提升,有助于支架与骨-软骨界面的整合,对治疗股骨头坏死软骨下分离有参考价值。③通过对支架表面进行修饰可以提高与界面整合的效率,但有各自不同的优缺点,提供不同环境的支架能够诱导同种间充质干细胞差异分化,有助于不同界面之间的整合。④未来有望应用于股骨头坏死软骨下分离的支架应为复合材料,具有梯度化和差异化的仿生结构,通过表面修饰和干细胞加载促进骨-软骨界面与支架的整合以实现治疗目的,但仍需进一步研究验证,而支架的降解速率与修复进度同步和不同界面之间的稳定性是未来需要解决的主要问题。

关键词：股骨头坏死新月征软骨下分离骨软骨界面骨软骨组织工程界面整合复合材料仿生支架表面修饰间充质干细胞

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负载Scriptaid甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶调控小胶质细胞的极化行为

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中国组织工程研究 2024年第29期28卷 4628-4633页

作者：郭青霞王玥吴桐青岛大学医学部神经再生与康复研究院山东省青岛市266071 青岛大学附属医院神经外科山东省青岛市266071

背景:小胶质细胞是维持中枢神经系统平衡的主要参与者,在神经系统发育和功能重建中起重要作用。Scriptaid作为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂具有抑制神经炎症和增强神经保护的作用。目的:探索负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶... 详细信息

背景:小胶质细胞是维持中枢神经系统平衡的主要参与者,在神经系统发育和功能重建中起重要作用。Scriptaid作为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂具有抑制神经炎症和增强神经保护的作用。目的:探索负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶对小胶质细胞行为的影响。方法:采用含不同浓度(0,0.1,0.5,1,2,5,10μmol/L)Scriptaid的培养液培养小胶质细胞(BV2细胞),利用CCK-8法与活/死细胞染色筛选Scriptaid的适宜干预浓度。采用光固化制备负载与未负载Scriptaid(1μmol/L)的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、溶胀性能、力学性能、缓释性能及亲水性。将小胶质细胞(BV2细胞)接种于24孔Transwell小室下室,分5组培养:对照组将细胞培养液加入下室,脂多糖组、Scriptaid组、单纯水凝胶组、载药水凝胶组将含有脂多糖的细胞培养液加入下室,脂多糖干预24 h后,Scriptaid组、单纯水凝胶组、载药水凝胶组上室分别加入Scriptaid、甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶、负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶,将培养液更换为普通培养液继续培养24 h,通过CCK-8法检测细胞活性,通过诱导型一氧化氮合酶和精氨酸酶1免疫荧光染色检测细胞表型。结果与结论:①与未加入Scriptaid组相比,加入Scriptaid干预后BV2细胞的活性与数量均降低,当加入2μmol/L及以上Scriptaid时细胞活性低于标准化细胞活性(70%),并且细胞数量显著减少,所以选择1μmol/L Scriptaid负载于水凝胶中;②表征实验显示,Scriptaid的加入未影响甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶的微观形貌、吸水溶胀率、压缩模量与亲水性,甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶具有缓释性能;③CCK-8法检测显示,与对照组相比,甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶显著提高了BV2细胞活性(P<0.001);④免疫荧光染色显示,与对照组相比,脂多糖组细胞诱导型一氧化氮合酶表达量增加(P<0.01),载药水凝胶组细胞诱导型一氧化氮合酶表达量减少(P<0.01)、精氨酸酶1表达量增加(P<0.001),Scriptaid组细胞精氨酸酶1表达量增加(P<0.01);⑤结果表明,负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶可促进脂多糖诱导后的小胶质细胞向M2型极化。

关键词： Scriptaid 甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶小胶质细胞细胞极化

不同力量推拿按法对大鼠肌筋膜疼痛触发点的影响

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中国组织工程研究 2024年第27期28卷 4360-4366页

作者：蒋全睿冯祥刘丹艾坤李江山刘小卫李武广西中医药大学针灸推拿学院广西壮族自治区南宁市530001 湖南中医药大学针灸推拿与康复学院湖南省长沙市410208

背景:推拿按法干预肌筋膜触发点疼痛疗效明确,但是不同力量按法的作用需要深入研究。目的:观察不同力量推拿按法对肌筋膜疼痛大鼠触发点的影响。方法:将60只SPF级雄性SD大鼠随机分为不参与造模的空白组10只和参与触发点造模的大鼠50只... 详细信息

背景:推拿按法干预肌筋膜触发点疼痛疗效明确,但是不同力量按法的作用需要深入研究。目的:观察不同力量推拿按法对肌筋膜疼痛大鼠触发点的影响。方法:将60只SPF级雄性SD大鼠随机分为不参与造模的空白组10只和参与触发点造模的大鼠50只。以定期钝性击打结合离心运动法在大鼠左侧大腿内侧肌建立慢性触发点模型,将造模成功的40只大鼠随机分为模型组、轻按组、中按组和重按组,每组10只。空白组、模型组大鼠不予干预,轻按组、中按组和重按组以自制按法刺激器,分别以轻力量(0.3 kg)、中力量(0.5 kg)和重力量(0.7 kg)对触发点局部进行干预,7.5 min/次,隔天1次,共计7次。在干预前后分别以电生理仪、软组织张力测定仪和机械痛阈测定仪检测触发点局部肌电图、软组织张力和机械痛阈值。干预结束后,空白组大鼠取左侧大腿内侧肌组织,其余组大鼠取触发点组织,以苏木精-伊红染色观察病理形态,ELISA法检测环氧化酶2、前列腺素E2和缓激肽水平。结果与结论:①与空白组比较,模型组机械痛阈值降低,软组织张力升高,自发电活动振幅频率升高,病理形态学明显改变,环氧化酶2、前列腺素E2和缓激肽水平增加(P0.05);③与中按组比较,重按组上述指标改善作用更明显(P<0.05)。结果表明:对触发点疼痛,按压力度可能为中至重度才能有治疗效果。

关键词：触发点疼痛推拿肌筋膜按法力量大鼠

不同冷冻技术对同种异体血管移植排斥反应的影响

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中国组织工程研究 2024年第3期28卷 433-438页

作者：龙俊东史业弘王成陈世玖遵义医科大学第五附属(珠海)医院广东省珠海市519100

背景:冻存能够较好地保证血管结构的完整性,如何改善移植后排斥反应的问题受到越来越多的关注。目的:综述不同冷冻技术降低同种异体血管移植排斥反应的研究进展,以期为临床研究提供参考。方法:系统检索中英文数据库CNKI、万方和PubMed... 详细信息

背景:冻存能够较好地保证血管结构的完整性,如何改善移植后排斥反应的问题受到越来越多的关注。目的:综述不同冷冻技术降低同种异体血管移植排斥反应的研究进展,以期为临床研究提供参考。方法:系统检索中英文数据库CNKI、万方和PubMed以及在线网站Baidu和Google Scholar自建库以来发表的降低同种异体血管移植排斥反应的相关文献。中文检索关键词:心血管疾病、内皮细胞、低温冻存、血管移植、免疫原性、排斥反应,同种异体移植和冷冻保护剂;英文检索关键词:cardiovascular disease、endothelial cells、cryopreservation、blood vessel transplantation or vascular graft、Immunogenicity、immune rejection、allograft or allogeneic transplantation or allograft transplantation and cryoprotectant。按照纳入排除标准共选取68篇文献进行综述。结果与结论:①综述发现通过改进现有冷冻技术能够降低同种异体血管移植排斥反应,其中主要涉及冻融方式和冻存保护剂的选择。②现有研究提示冻干法优于低温冻存,但限于条件未能广泛开展,现仍以低温冻存为主,其中玻璃化冻存、缓慢复温和使用不锈钢乃至含银材料效果优于程序式冻存及快速复温。③渗透性和非渗透性冻存保护剂的联合选择,可以在降低其毒性的同时,进一步减少排斥反应的发生。

关键词：低温冻存玻璃化冻存程序式降温冻存保护剂血管移植物同种异体移植排斥反应综述

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假体周围骨溶解中的新型细胞程序性死亡

中国组织工程研究 2024年第21期28卷 3393-3399页

作者：梁晓龙郑恺耿德春徐耀增苏州大学附属第一医院骨科江苏省苏州市215008

背景:最近的研究发现,在假体周围骨溶解中还发现了除凋亡外的新型细胞程序性死亡途径,参与了局部慢性炎症的调节以及成骨细胞和破骨细胞病理条件下的转归,对假体周围骨溶解的治疗和预后有着重要价值。目的:通过总结有关新型细胞程序性... 详细信息

背景:最近的研究发现,在假体周围骨溶解中还发现了除凋亡外的新型细胞程序性死亡途径,参与了局部慢性炎症的调节以及成骨细胞和破骨细胞病理条件下的转归,对假体周围骨溶解的治疗和预后有着重要价值。目的:通过总结有关新型细胞程序性死亡的研究,为防治假体周围骨质溶解提供新的思路和策略。方法:由第一作者应用计算机检索2005-2022年出版的文献,以“磨损颗粒,假体周围骨溶解,细胞程序性死亡,凋亡,自噬,焦亡,坏死性凋亡,铁死亡”等为中文检索词检索中国知网、万方和维普数据库;以“osteolysis,wear debris,wear particles,peri*prosthetic osteolysis,PPOL,aseptic loosening,autophagy,regulated cell death,programmed cell death,apoptosis,pyroptosis,autophagic cell death,autophagy,necroptosis,ferroptosis”等为英文检索词检索PubMed和Web of Science数据库,按照入选标准最终共纳入68篇文章。结果与结论:①自噬不足或过度激活都将引起细胞死亡,抑制成骨功能并促进破骨功能,引起骨代谢紊乱和骨溶解;②焦亡在假体周围骨溶解中的研究近年来备受关注,NOD样受体蛋白3炎性小体在局部炎症中扮演着重要角色,抑制焦亡可有效缓解骨溶解;③坏死性凋亡在体外已被证明可以抑制成骨细胞和破骨细胞的形成和功能,从而影响骨吸收和骨破坏过程;④铁死亡作为一种最新发现的细胞程序性死亡方式,受到复杂的信号通路和机制调控,目前尚未完全阐明;⑤自噬、焦亡、坏死性凋亡及铁死亡在假体周围骨溶解的发生发展中具有重要作用,其相关信号通路、基因等仍需要更深入的研究。

关键词：磨损颗粒假体周围骨溶解细胞程序性死亡自噬焦亡坏死性凋亡铁死亡综述

MiRNA-122在运动改善非酒精性脂肪肝中的作用

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中国组织工程研究 2024年第2期28卷 272-279页

作者：郭项英彭子富何亦敏房洪波姜宁天津体育学院天津市运动生理与运动医学重点实验室天津市301617

背景:近年来,随着人们生活水平的提高,非酒精性脂肪肝有逐渐增多的趋势。miRNA-122是肝脏中最丰富的miRNA之一,在维持肝脏内环境稳定和分化中起重要作用。运动训练是非酒精性脂肪肝的非药物治疗手段,运动可能通过调节肝脏miRNA-122的表... 详细信息

背景:近年来,随着人们生活水平的提高,非酒精性脂肪肝有逐渐增多的趋势。miRNA-122是肝脏中最丰富的miRNA之一,在维持肝脏内环境稳定和分化中起重要作用。运动训练是非酒精性脂肪肝的非药物治疗手段,运动可能通过调节肝脏miRNA-122的表达改善肝脏脂代谢等过程。目的:综述miRNA-122对非酒精性脂肪肝相关病理因素的影响,以及运动对miRNA-122表达和非酒精性脂肪肝发生发展的影响。方法:第一作者检索中国知网、万方数据库和维普数据库、PubMed、Geenmedical、EBSCO、Medline、Web of Science和Elsevier数据库,以“non-alcoholic fatty liver disease,microRNA,microRNA-122,lipid metabolism,inflammatory response,insulin resistance,exercise,physical exercise,exercise training”为英文检索词,以“非酒精性脂肪肝,microRNA,microRNA-122,脂代谢,炎症反应,胰岛素抵抗,运动,体育活动”为中文检索词,检索2022-06-05前发表的所有相关文献,并对其进行了筛选、归纳、分析、总结,最后纳入68篇文献进行综述。结果与结论:①与健康对照组相比,非酒精性脂肪肝患者循环miRNA-122表达升高,miRNA-122在非酒精性脂肪肝的不同阶段表现出不同的表达情况。②miRNA-122可通过靶向mRNA上的碱基互补配对位点或直接作为某些RNA受体的生理配体调控下游相关蛋白的表达,影响非酒精性脂肪肝脂代谢、炎症反应和胰岛素抵抗等致病因素。③不同的运动方式对非酒精性脂肪肝均有改善作用,对于非酒精性脂肪肝患者,每周需要完成至少120 min的中等强度运动才可产生积极作用;对于能够耐受各种运动的非酒精性脂肪肝患者,应优先考虑每周进行四五次有氧和抗阻运动结合的训练。运动强度应为最大心率的50%-70%,并持续>3个月;而对于耐受力较差的非酒精性脂肪肝患者,抗阻运动可能比有氧运动更可行;此外,非酒精性脂肪肝患者还可根据自身的疾病情况(如肝酶、脂质水平)选择运动方式。④运动可作为防治非酒精性脂肪肝、减轻肝脂肪变性、降低肝脏炎症反应和胰岛素抵抗的可行策略。⑤运动训练可调控机体miRNA-122的表达,但在非酒精性脂肪肝患者中,运动对miRNA-122及其相关信号通路的影响还有待研究。

关键词：非酒精性脂肪肝运动 miRNA-122 脂代谢炎症反应胰岛素抵抗 microRNA

激素性股骨头坏死中m6A相关基因差异性的鉴定

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中国组织工程研究 2024年第14期28卷 2159-2165页

作者：原天祎刘洪江杨增强卢兴宝麦麦提依不巴吉周治衡崔泳新疆医科大学第五临床医学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011 新疆医科大学第五附属医院骨科中心新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011

背景:已知m6A参与了多种疾病的发生与发展,研究推测其也参与了激素性股骨头坏死的病理改变,但m6A甲基化修饰在激素性股骨头坏死中的研究比较匮乏。目的:通过生物信息学的方法寻找m6A相关基因在激素性股骨头坏死中的差异性表达,并预测与... 详细信息

背景:已知m6A参与了多种疾病的发生与发展,研究推测其也参与了激素性股骨头坏死的病理改变,但m6A甲基化修饰在激素性股骨头坏死中的研究比较匮乏。目的:通过生物信息学的方法寻找m6A相关基因在激素性股骨头坏死中的差异性表达,并预测与其相关的miRNA,以进一步阐明m6A甲基化在激素性股骨头坏死中所发挥的作用和机制。方法:从GSE123568基因表达谱中分析激素性股骨头坏死与对照组差异基因的表达,通过R语言‘limma’包进行差异基因鉴定,并对差异基因进行功能富集分析。用R语言的‘ggstatsplot’包对相关基因进行差异性分析。通过GSE74089数据集对差异基因进行交叉验证。构建mRNA-miRNA调控网络。采用共表达分析对共表达模块进行聚类并对模块基因进行富集分析。采用ssGSEA方法对激素性股骨头坏死与对照组之间免疫细胞浸润的差异进行量化分析。结果与结论:①通过相关性分析发现13个m6A相关基因,进行PPI网络识别和受试者操作特征曲线进一步分析发现YTHDF2有望成为早期生物标志物的核心差异基因;②富集分析发现差异基因主要参与炎症反应和免疫应答,并与破骨细胞关系密切;③交叉验证分析2个数据集差异基因表达结果一致;④mRNA-miRNA调控网络分析发现YTHDF2与miRNA-27a呈负相关;⑤免疫浸润分析发现激素性股骨头坏死中免疫细胞浸润水平上升,YTHDF2与免疫细胞CD4^(+)T细胞的浸润程度呈正相关;⑥结论:m6A相关基因YTHDF2可以作为激素性股骨头坏死潜在生物标志物,对激素性股骨头坏死的早期临床诊断和治疗具有一定的价值;验证了YTHDF2与miRNA-27a呈负相关,且与CD4^(+)T细胞的浸润程度呈正相关,为激素性股骨头坏死的早期诊断和治疗提供新的思路,并为进一步阐明m6A在激素性股骨头坏死中发挥的作用机制提出新的见解。

关键词： m6A甲基化激素性股骨头坏死生信分析差异基因 YTHDF2 富集分析

过表达线粒体蛋白磷酸酶2C对人肾小管上皮细胞转录组的影响

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中国组织工程研究 2024年第1期28卷 68-73页

作者：张丽杨文君桑晓红韩媛媛冒智捷王顺陆晨新疆医科大学第一附属医院肾脏病中心新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011 新疆肾脏替代治疗临床研究中心新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011 国家肾脏疾病临床医学研究中心新疆分中心新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011 新疆维吾尔自治区血液净化质量控制中心新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011 新疆维吾尔自治区肾脏病研究所新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011

背景:课题组前期研究发现相较于野生型小鼠,线粒体蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2Cm,PP2Cm)基因缺失小鼠明显发生肾功能衰竭的症状,因此推测PP2Cm可能在肾脏纤维化发展过程中发挥重要保护作用,然而其分子机制尚不明确。目的:探究PP... 详细信息

背景:课题组前期研究发现相较于野生型小鼠,线粒体蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2Cm,PP2Cm)基因缺失小鼠明显发生肾功能衰竭的症状,因此推测PP2Cm可能在肾脏纤维化发展过程中发挥重要保护作用,然而其分子机制尚不明确。目的:探究PP2Cm基因对于人肾小管上皮细胞转录组的影响。方法:培养人肾小管上皮细胞,用质粒将PP2Cm基因转染进入人肾小管上皮细胞,荧光定量PCR实验和Western blot实验检测细胞中PP2Cm的表达,随后分别提取细胞RNA进行转录组测序,寻找转染组和对照组之间的差异性表达基因,利用生物信息学方法进一步对所得的差异基因进行GO分析和KEGG分析。结果与结论:通过测序分析,与未转染空白细胞相比,在转染PP2Cm基因的人肾小管上皮细胞中存在796个差异性表达基因,其中553个下调基因,243个上调基因,GO分析结果显示,上调表达的基因显著富集在细胞生物合成过程、蛋白质翻译、内在凋亡信号通路等;下调表达的基因显著富集在内皮细胞增殖、细胞黏附等信号通路;KEGG分析结果显示,显著上调表达的基因富集在氨基酸代谢、生物合成等代谢相关信号通路;下调表达的基因显著富集在泛酸和辅酶A的生物合成等信号通路。结果表明,PP2Cm过表达可以影响肾小管上皮细胞的一系列生物学过程相关的多条信号通路,可能在氨基酸代谢、生物合成等代谢相关信号通路中起重要作用。

关键词：肾小管上皮细胞 PP2Cm 转录组测序富集分析信号通路