扩张型心肌病相关基因的筛查与分析

扩张型心肌病相关基因的筛查与分析

心肌病是一种异质性心脏病，因其心脏结构和功能的变化而导致心力衰竭和死亡。1材料和方法1.1关基因芯片数据集高通量测序数据集（GSE42955）来自美国国家生物信息中心（NCBI）公共数据平台基因表达数据库（GEO）。下载心肌病相关基因芯片数据集（/geo），该数据集基于GLP6244平台，Affymetrix公司使用微阵列[HuGene-1＿0-st]HumanGene1.0STArray，检测29例人心脏组织获得数据，包括5例正常，12例扩张型心肌病患者和12例缺血性心肌病患者。我们选择正常组和扩张型心肌病患者数据进行后续分析。1.2差异基因的go分析及蛋白网络互作分析利用GEO2R在线分析工具（https://www.ncbi.nlm/geo/geo2r/?acc=GSE42955）对原始数据进行DCM和正常心肌组织的差异基因筛选，筛选条件为P<0.05，其中Log利用在线生物信息学资源库DAVID6.7对差异基因进行GO分析和KEGG通路富集，以P<0.05为显著富集，P值从小到大列出排名前10的GO功能族和KEGG信号通路，分析差异基因富集的生物功能、细胞组分、分子功能以及信号通路。利用在线数据库STRING(https：///）对筛选所得差异基因进行蛋白网络互作（PPI）分析。在蛋白互作网络中，一个节点代表一个蛋白质，节点间的连线代表蛋白间的相互作用。使用Cytoscape软件（3.8.0）对蛋白质互相作用的结果进行可视化，并使用软件中的MOCDE和CytoHubba插件通过12种方法筛选出连接度最高的前10个关键基因。2结果2.1肌病相关的差异基因通过GEO2R分析，筛选出57个与扩张型心肌病相关的差异基因，其中25个下调、32个上调。差异基因火山图中绿色表示下调基因、红色表示上调基因，灰色表示无差异基因，如图1。2.2细菌细胞来源及细胞组分富集通过DAVID6.7分析结果，GO富集显示，差异基因主要涉及的生物学功能包括对细胞因子的反应、对脂质的反应、对细菌来源分子的反应、节律过程、细胞对有机物的反应、细胞表面受体信号通路、细胞因子介导的信号通路等（图2-A）。细胞组分富集结果发现差异基因主要存在于细胞外，涉及双加氧酶活性、受体结合、核启动子结合等分子功能（图2-B）。KEGG富集结果显示，与心肌病相关的差异基因主要在非洲锥虫病、疟疾、TNF信号通路上（图2-C）。2.3cytoba优化基因的筛选将筛选出来的差异基因导入STRING数据库（https：///），得到差异表达基因的蛋白质相互作用网络，共有55个节点，184条边（如图3）。使用Cytoscape3.8.0软件对蛋白互作的结果进行可视化，随后使用软件中的MCODE插件筛选子网络，最后利用CytoHubba插件，通过12种算法筛选连接度最高的前10位的基因作为关键基因（图4），分别为ICAM-1(细胞间黏附分子-1)、VCAM-1(血管细胞黏附分子-1)、FCGR-1A/B（免疫球蛋白-Fc受体IA/B）、IFI-30(干扰素γ诱导蛋白-30)、GBP-1/3/4(干扰素诱导鸟苷酸结合蛋白-1/3/4)、SEL-E(E选择素）、CCL-2（趋化因子C-C基序配体-2）。3kegg及相关基因的表达扩张型心肌病的临床表现有不同的方式:75%～85%的患者有心衰的体征和症状，86%的患者运动时呼吸困难，30%的患者心悸，29%的患者外周水肿。在发病过程中，95%的患者出现心力衰竭症状。在4%～13%的患者中，开始表现为无症状的心脏肥大本研究通过生物信息学方法从GEO数据库中搜索得到芯片数据集GSE42955，包括GO分析、KEGG通路富集分析和PPI网络分析，利用GEO2R在线分析工具对该芯片数据进行分析。结果表明，DCM患者的心肌组织与正常人的心肌组织间的基因表达确实存在差异。为系统性分析DCM的分子网络机制，本研究利用在线数据库DAVIDE对差异基因进行GO富集分析，发现其生物过程、分子功能及信号通路主要富集在炎症反应过程中，细胞通过对细胞因子的反应、对脂质的反应、对细菌来源分子的反应、对有机物的反应、细胞表面受体信号通路、细胞因子介导的信号通路产生炎性因子，调节双加氧酶活性、受体结合、核启动子结合等。KEGG富集结果显示，与心肌病相关的差异基因主要在非洲锥虫病、疟疾、TNF信号通路上。通过STRING进行PPI蛋白互作网络分析，Cytoscape插件MCODE和CytoHubba计算，筛选出10个关键基因为ICAM-1、VCAM-1、FCGR-1A/B、IFI-30、GBP-1/3/4、SEL-E、CCL-2。在扩张型心肌病中，免疫异常长期持续存在，并可能导致心肌的慢性炎症。细胞黏附分子是在细胞表面表达的糖蛋白，使细胞之间互相接触。ICAM-1、VCAM-1和SEL-E在炎症早期的免疫过程具有重要的作用。有研究表明在DCM心肌组织中发现ICAM-1和VCAM-1在小鼠病毒性心肌炎(VMC)模型研究中发现，心肌细胞通过上调GBP-1，通过抑制巨噬细胞从而抑制炎症反应和心肌细胞凋亡，进而保护心肌细胞的损伤，同时增加心肌细胞的活力IFI-30在免疫应答中具有重要的生物学作用，通过刺激哺乳动物的二硫键还原参与II类MHC限制性抗原的反应过程。在猪的研究中发现IFI-30在脾、肝、肺、心、肠、血液和肾等组织均有表达，而且在脂多糖诱导脾和血液中IFI-30表达明显上调。这些结果表明IFI-30极有可能在猪的先天免疫反应中发挥作用CCL-2是C-C趋化因子家族的一个成员，与C-C趋化因子受体-2(CCR-2）结合。CCL-2通常由巨噬细胞分泌，对传染性病原体反应，是白细胞、T淋巴细胞和白细胞的有效趋化因子FCGR1A/B主要分布于单核-巨噬细胞、树突状细胞、嗜碱性粒细胞和中性粒细胞等表面。活化的FcγRs在抗原递呈细胞表面介导免疫复合物的吞噬作用并促进TNF-α、IL-6等多