儿童克罗恩病差异表达基因的生物信息学分析
发布时间：2021-02-21 03:36
目的应用生物信息学方法探讨儿童克罗恩病的差异表达基因,为阐明儿童克罗恩病的发病机制及干预靶点提供新思路。方法从公共基因表达数据库（Gene Expression Omnibus,GEO）下载儿童克罗恩病相关的基因芯片数据集GSE9686,使用在线分析工具GEO2R筛选出儿童克罗恩病结肠组织与正常结肠组织的差异表达基因。使用数据库DAVID对差异表达基因进行GO功能注释和KEGG通路分析,使用STRING数据库进行蛋白互作网络（PPI）分析,使用Cytoscape筛选出儿童克罗恩病的关键基因。结果筛选出85个儿童克罗恩病差异表达基因,包括63个上调基因和22个下调基因。GO分析揭示差异表达基因主要富集于趋化因子活性、CXCR趋化因子受体结合、细胞外空间、细胞外区域、趋化因子介导的信号通路及炎症反应等过程,KEGG分析揭示差异表达基因主要富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用、趋化因子信号通路、TNF信号通路等。Cytoscape筛选出了15个关键基因,所有关键基因在儿童克罗恩病结肠组织中表达均上调。结论采用生物信息学对儿童克罗恩病结肠组织与正常结肠组织的差异表达基因进行综合分析,可为儿童克...
【文章来源】：中国现代应用药学. 2020,37(17)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
差异表达基因的火山图
生物信息学分析是探索疾病发病机制和筛选新治疗靶点的有用工具[6]。然而，尚未有通过综合生物信息学分析儿童克罗恩病的研究。本研究通过GEO数据库得到了一个与儿童克罗恩病相关的数据集GSE9686，通过GEO2R在线工具的分析，得到了85个儿童克罗恩病差异表达基因，其中63个上调基因和22个下调基因。这也表明儿童克罗恩病的发病机制复杂，并不是某个基因引起的，而是多个基因共同作用引起的结果。笔者进一步分析这些差异表达基因在儿童克罗恩病中的生物学功能。GO分析结果揭示这些儿童克罗恩病的差异表达基因主要富集于趋化因子活性、CXCR趋化因子受体结合、细胞外空间、细胞外区域、趋化因子介导的信号通路及炎症反应等过程，KEGG分析揭示差异表达基因主要富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用、趋化因子信号通路、TNF信号通路等。趋化因子是细胞在常规免疫监测、炎症和发育过程中迁移的重要介质[7]。趋化因子与G蛋白偶联受体结合，引起构象改变，从而触发细胞内参与细胞运动和活化的信号通路[8]。近年来越来越多的研究发现趋化因子在多种疾病中起着至关重要的作用，其中包括肾病、类风湿性关节炎、动脉硬化、多发性硬化和慢性炎症性肠病[8]。免疫反应异常是炎症性肠病的重要特点，在炎症反应中，趋化因子是调节白细胞幕集的重要因子，多种趋化因子参与了炎症性肠病[8]。图3 15个关键基因
图2 差异表达基因的蛋白互作网络图笔者使用Cytoscape插件Cytohubba对差异表达基因的PPI网络进行关键基因筛选，共筛选出1 5 个关键基因，包括CXCL1、CXCL9、MMP1、CXCL11、CXCL6、CXCL8、CXCL5、CXCL10、CCL2、IL1B、CXCL2、CCL8、CXCL3、TIMP1和PTGS2。这些关键基因中包括多种趋化因子：CXCL1、CXCL9、CXCL11、CXCL6、CXCL8、CXCL5、CXCL10、CCL2、CXCL2、CCL8、CXCL3。有研究发现趋化因子(如CCL2,CCL3,CCL4,CCL7,CCL8和CXCL8)在克罗恩病和溃疡型结肠炎患者的黏膜活检中表达上调，并且这种上调与疾病活动相关[9]。也有研究发现与健康对照组相比，克罗恩病患者血清CXCL9,CXCL10和CXCL11水平显着升高[10]。CXCL8又叫做IL8，在活动性炎症性肠病中CXCL8的水平明显升高，且与消化道炎症水平呈正相关[11]。隐窝细胞更新对于正常肠内稳态以及损伤后的黏膜再生是必需的，研究发现内源性产生的趋化因子CXCL10能够调节隐窝细胞增殖[12]。小鼠口服硫酸葡聚糖钠后，增殖区上皮中CXCL10和CXCR3的表达增加[11]。中和CXCL10后能够通过促进隐窝细胞存活而阻止小鼠肠道上皮溃疡[12]。因此，CXCL10可以通过控制上皮内固定的动态来成为炎症性肠病的新治疗靶点[12]。在诱导小鼠结肠炎后，p Adipo R1小鼠比野生型小鼠产生更严重的症状，研究还发现p Adipo R1小鼠的结肠中中性粒细胞趋化因子(CXCL1,CXCL2和CXCL5)的表达以及嗜中性粒细胞的浸润增加[13]。CXCL6在炎症性肠病患者发炎的肠组织的内皮细胞中高表达，研究还发现CXCL6和CXCL8可在IBD患者的活检组织中检测到，且其水平与疾病活动相关[14]。在克罗恩病和UC患者的黏膜上皮细胞和固有层中MMP-1,MMP-3,MMP-7和-MMP10的表达增加[15]。与对照组相比，SHIP敲除的小鼠中发炎肠组织和肠巨噬细胞产生更高水平的IL1B和IL18,SHIP活性与IL1B的产生量呈反比关系[16]。PTGS2也叫COX-2,COX-2在健康黏膜和炎症性肠病缓解期低表达；然而，在活性炎症性肠病中，其表达水平显著升高，主要表达于上皮细胞、内皮细胞和炎症细胞[17]。免疫组化结果显示在克罗恩病中COX-2的表达水平很高，这表明COX-2可能在炎症的发病机理中起作用[18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧合酶-2-1195G/A和锰超氧化物歧化酶9Ala/Val基因多态性与高脂饮食的交互作用及其与溃疡性结肠炎的关系[J]. 张超贤,郭李柯,郭晓凤. 中国医学科学院学报. 2015(01)
[2]炎症性肠病的病因和发病机制[J]. 欧阳钦. 实用医学杂志. 2003(05)
本文编号：3043784
【文章来源】：中国现代应用药学. 2020,37(17)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
差异表达基因的火山图
生物信息学分析是探索疾病发病机制和筛选新治疗靶点的有用工具[6]。然而，尚未有通过综合生物信息学分析儿童克罗恩病的研究。本研究通过GEO数据库得到了一个与儿童克罗恩病相关的数据集GSE9686，通过GEO2R在线工具的分析，得到了85个儿童克罗恩病差异表达基因，其中63个上调基因和22个下调基因。这也表明儿童克罗恩病的发病机制复杂，并不是某个基因引起的，而是多个基因共同作用引起的结果。笔者进一步分析这些差异表达基因在儿童克罗恩病中的生物学功能。GO分析结果揭示这些儿童克罗恩病的差异表达基因主要富集于趋化因子活性、CXCR趋化因子受体结合、细胞外空间、细胞外区域、趋化因子介导的信号通路及炎症反应等过程，KEGG分析揭示差异表达基因主要富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用、趋化因子信号通路、TNF信号通路等。趋化因子是细胞在常规免疫监测、炎症和发育过程中迁移的重要介质[7]。趋化因子与G蛋白偶联受体结合，引起构象改变，从而触发细胞内参与细胞运动和活化的信号通路[8]。近年来越来越多的研究发现趋化因子在多种疾病中起着至关重要的作用，其中包括肾病、类风湿性关节炎、动脉硬化、多发性硬化和慢性炎症性肠病[8]。免疫反应异常是炎症性肠病的重要特点，在炎症反应中，趋化因子是调节白细胞幕集的重要因子，多种趋化因子参与了炎症性肠病[8]。图3 15个关键基因
图2 差异表达基因的蛋白互作网络图笔者使用Cytoscape插件Cytohubba对差异表达基因的PPI网络进行关键基因筛选，共筛选出1 5 个关键基因，包括CXCL1、CXCL9、MMP1、CXCL11、CXCL6、CXCL8、CXCL5、CXCL10、CCL2、IL1B、CXCL2、CCL8、CXCL3、TIMP1和PTGS2。这些关键基因中包括多种趋化因子：CXCL1、CXCL9、CXCL11、CXCL6、CXCL8、CXCL5、CXCL10、CCL2、CXCL2、CCL8、CXCL3。有研究发现趋化因子(如CCL2,CCL3,CCL4,CCL7,CCL8和CXCL8)在克罗恩病和溃疡型结肠炎患者的黏膜活检中表达上调，并且这种上调与疾病活动相关[9]。也有研究发现与健康对照组相比，克罗恩病患者血清CXCL9,CXCL10和CXCL11水平显着升高[10]。CXCL8又叫做IL8，在活动性炎症性肠病中CXCL8的水平明显升高，且与消化道炎症水平呈正相关[11]。隐窝细胞更新对于正常肠内稳态以及损伤后的黏膜再生是必需的，研究发现内源性产生的趋化因子CXCL10能够调节隐窝细胞增殖[12]。小鼠口服硫酸葡聚糖钠后，增殖区上皮中CXCL10和CXCR3的表达增加[11]。中和CXCL10后能够通过促进隐窝细胞存活而阻止小鼠肠道上皮溃疡[12]。因此，CXCL10可以通过控制上皮内固定的动态来成为炎症性肠病的新治疗靶点[12]。在诱导小鼠结肠炎后，p Adipo R1小鼠比野生型小鼠产生更严重的症状，研究还发现p Adipo R1小鼠的结肠中中性粒细胞趋化因子(CXCL1,CXCL2和CXCL5)的表达以及嗜中性粒细胞的浸润增加[13]。CXCL6在炎症性肠病患者发炎的肠组织的内皮细胞中高表达，研究还发现CXCL6和CXCL8可在IBD患者的活检组织中检测到，且其水平与疾病活动相关[14]。在克罗恩病和UC患者的黏膜上皮细胞和固有层中MMP-1,MMP-3,MMP-7和-MMP10的表达增加[15]。与对照组相比，SHIP敲除的小鼠中发炎肠组织和肠巨噬细胞产生更高水平的IL1B和IL18,SHIP活性与IL1B的产生量呈反比关系[16]。PTGS2也叫COX-2,COX-2在健康黏膜和炎症性肠病缓解期低表达；然而，在活性炎症性肠病中，其表达水平显著升高，主要表达于上皮细胞、内皮细胞和炎症细胞[17]。免疫组化结果显示在克罗恩病中COX-2的表达水平很高，这表明COX-2可能在炎症的发病机理中起作用[18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧合酶-2-1195G/A和锰超氧化物歧化酶9Ala/Val基因多态性与高脂饮食的交互作用及其与溃疡性结肠炎的关系[J]. 张超贤,郭李柯,郭晓凤. 中国医学科学院学报. 2015(01)
[2]炎症性肠病的病因和发病机制[J]. 欧阳钦. 实用医学杂志. 2003(05)
本文编号：3043784
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