基于生物信息学分析鉴定圆锥角膜免疫反应相关基因及通路

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目的:利用计算机和相关数据库进行文本挖掘与生信分析,探讨圆锥角膜(keratoconus,KC)与免疫反应之间的关系,并进一步阐述其可能的病理机制。方法:通过Pubmed2ensembl对既往发表文献进行文本挖掘,找到与圆锥角膜及免疫反应均相关基因集。通过GeneCodis对文本挖掘所得的基因进行GO(Gene Ontology,GO)和 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析,筛选所得基因通过STRING构建蛋白质-蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction,PPI)网络。用Cytoscape软件的MCODE插件筛选子网络,接着利用cytohubba插件筛选PPI网络中的枢纽基因,最后通过DAVID数据库进行功能富集。结果:通过文本挖掘,筛选出与圆锥角膜及免疫反应均相关基因150个。GO生物过程主要在细胞外基质的组织、基因表达的正向调控、细胞因子-介导信号通路、细胞外基质分解,凋亡过程的负向调控、免疫反应、白细胞游走、细胞群增殖的正向调控、信号转导及MAPK级联的正向调控等条目富集。KEGG通路主要在癌症通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、疟疾、细胞粘附分子、类风湿性关节炎、PI3K-Akt信号通路、人类t细胞白血病病毒1感染、同种异体移植排斥、移植物抗宿主病、MAPK通路、Ⅰ型糖尿病、肿瘤坏死因子通路、癌症蛋白聚糖、自身免疫性甲状腺疾病及细胞衰老等信号通路富集。MCODE筛选得到2个主要聚类,聚类1由IL4、PDGFB、IL6、TNC、MMP1、IGFBP3、TF、TGFB2、IFNG、BMP4、MMP13、HLA-G、MMP3、HLA-B、EGF、HGF、HLA-A、MMP9、TGFB1、VCAM1、ICAM1、IL10、IL2、B2M、MMP2及TNF26个基因组成。聚类2由BCR、FGF1及FGF43个基因组成。通过DAVID数据库对聚类基因进行功能富集分析,包括GO富集及KEGG富集。在生物学过程层面,聚类1基因主要富集在十扰素介导信号通路、免疫反应、免疫反应调节、对药物反应、血小板脱颗粒、细胞增殖的正向调控、非抗原处理相关转运蛋白的主要组织相容性复合体-Ⅰ类分子的相关外源性肽抗原加工及呈递、脂多糖的细胞反应、血管平滑肌细胞增殖的正向调控及基因表达的正向调控。聚类2基因主要富集在肽基酪氨酸磷酸化、内皮细胞对成纤维细胞生长因子趋化性的调控、磷脂酰肌醇信号、鸟苷三磷酸酶活性正向调控、信号转导、细胞分裂的正向调控、磷脂酰肌醇磷酸化、成纤维细胞生长因子受体通路、ERK1、ERK2级联的正向调控及MAPK级联等方面。KEGG信号通路富集分析结果显示,聚类1显著富集的信号通路主要包括同种异体移植物排斥反应、移植物抗宿主病、炎症性肠病、HTLV-Ⅰ感染、类风湿性关节炎、自身免疫性甲状腺疾病、癌症通路、抗原处理和呈递、细胞因子-细胞因子受体的相互作用、单纯疱疹感染、哮喘、肿瘤坏死因子信号通路、TGF-beta通路、T细胞受体通路、Jak-STAT 通路、NF-kappaB 通路、PI3K-Akt 通路、HIF-1 通路、FoxO 通路、MAPK信号通路等。聚类2显著富集的信号通路主要包括黑色素瘤及肿瘤通路。结论:本研究通过生物信息分析筛选出与圆锥角膜相关免疫反应相关的2个核心基因聚类,TGF-beta、T 细胞受体、Jak-STAT、PI3K-Akt、NF-kappa B 及 HIF-1 等信号通路可能与圆锥角膜发病过程中的免疫反应密切相关,IL6、TNF、ICAM1、IL10、B2M、HLA-A、VCAM1、IL2、HLA-G及HLA-B等基因可能成为圆锥角膜治疗的潜在靶点。
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