论文部分内容阅读
目的:采用多种生物信息学分析工具,筛选可能与乙型肝炎相关急性肝衰竭(HBV-associated acute liver failure,HBV-ALF)发生发展相关的枢纽基因,并分析其潜在生物学功能,为HBV-ALF的诊疗和预后指标的筛选提供科学依据。方法:(1)差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)筛选:从NCBI的GEO(the Gene Expression Omnibus)数据库下载编号为GSE38941的基因表达谱数据,采用R软件的affy、limma等软件包完成对基因表达谱数据的读取、预处理和DEGs筛选,表达差异用差异倍数(fold change,FC)表示,筛选标准为P<0.001,|log2FC|≥2。(2)DEGs的富集分析:DEGs分为上调基因和下调基因分别进行统计分析。使用DAVID在线分析网站对筛选出的DEGs进行基因本体论(gene ontology,GO)的富集分析,采用KABOS在线分析网站进行DEGs的KEGG生物学通路富集分析。(3)DEGs编码蛋白质的相互作用分析:采用STRING在线数据库分析DEGs所编码蛋白质之间的蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI),结合CytoScape软件进行可视化;采用CytoScape软件中加载的MCODE和BiNGO插件进行功能模块构建和分析。(4)枢纽基因的筛选:采用Cytoscape软件中加载的CytoHubba插件中的12种拓扑分析方法,计算PPI网络中各蛋白质的拓扑参数,对12种算法的参数从大到小分别进行排序,各取前50个DEGs表达的蛋白,12种算法中,有6种及以上算法都排在前50的基因被认为是枢纽基因。(5)关键枢纽基因的结构分析及相互作用关系的探讨:对筛选出的枢纽基因再次使用STRING数据库构建他们之间相互作用关系网络,并通过NCBI、GenClip文献挖掘数据库、neXtProt、EMBL-EBI、NetPhos3.1等数据库对其中的节点基因进行功能、三维结构、结构域和磷酸化位点分析。结果:(1)DEGs筛选结果:按照筛选标准,一共筛选出828个DEGs,相对于对照组,有424个下调表达和404个上调表达。(2)DEGs GO富集分析结果:细胞组分(Cellular Component,CC)上调DEGs明显富集的细胞成分主要在细胞外区域,如细胞外外泌体、膜、细胞外空间、细胞外区域等。下调DEGs明显富集的细胞成分除了在细胞外区域如细胞外外泌体、细胞外区域、细胞外空间,还包含在细胞器的一些成分中如内质网膜、细胞内膜结合细胞器、线粒体基质、细胞器膜等条目。生物过程(Biological Process,BP)上调DEGs明显富集的生物过程主要集中在炎症和免疫反应,如信号转导、免疫应答、炎症反应、先天免疫反应、细胞粘附、细胞增殖等GO条目,而下调基因的生物过程主要富集在氧化还原和代谢相关过程,如氧化还原过程、内肽酶活性负调控、异生物质代谢过程、脂质代谢过程等GO条目。分子功能(Molecular Function,MF)上调差异表达基因的分子功能富集出3条有意义的条目,包括肌动蛋白结合、细胞外基质结构成分和MHC II类受体活性。下调差异表达基因的分子功能主要富集在一些氧化还原相关的酶活性和结合反应相关的条目,如氧化还原酶活性、受体结合、丝氨酸型内肽酶活性、血红素结合、单加氧酶活性等。(3)DEGs的KEGG信号通路富集分析结果上调DEGs主要富集于在炎症与感染相关的信号通路,如细胞粘附分子、HTLV-I感染、趋化因子信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、金黄色葡萄球菌感染等条目。下调DEGs的KEGG信号通路主要富集在代谢和P450氧化等方面,如代谢途径、补体和凝固级联、药物代谢-细胞色素P450、细胞色素P450对异种生物的代谢等条目。(4)一共筛选出17个可能与HBV-ALF相关的枢纽基因,其中包括ALB、KNG1、VEGFA、C3、PLG、ACACB、IGF1、F2、APOB 9个下调表达的DEGs和CXCR4、CCR5、SYK、ITGB2、LCK、PIK3CG、ITGA2、CSF1R 8个上调表达的DEGs。(5)通过STRING数据库构建了上述17个枢纽基因的相互作用网络。在整个网络中,除ACACB外,其余16个基因间构成了复杂的相互作用关系,分析发现CXCR4、VEGFA、ITGB2、PLG、F2、ALB、IGF1这7个基因为发生作用最多的基因。结论:(1)共筛选出828个DEGs,由此可见HBV-ALF的发生发展可能与多个基因都有统计学关联。(2)差异基因在细胞组分中主要集中于细胞外区域和细胞器的一些成分中;在生物过程中主要富集于炎症、免疫反应、氧化还原和代谢相关过程;在分子功能方面集中在肌动蛋白结合,细胞外基质结构成分和MHC类受体活性以及一些氧化还相关的酶活性和结合反应功能方面。(3)共找出17个可能在HBV-ALF发生发展过程中有重要作用的差异表达基因,其中CXCR4、VEGFA、ITGB2、PLG、F2、ALB、IGF1这7个基因被定义为本研究的关键枢纽基因。(4)CXCR4、VEGFA、ITGB2、IGF1几个基因都与疾病发生发展的机制有关,通过更深入的研究有可能作为HBV-ALF潜在的治疗靶点,PLG和ALB有可能可以作为HBV-ALF疾病病情进展判断和预后指标,F2基因与凝血有关,可作为疾病病情判断的指标。