基于生物信息学发现抑制Focal adhesion信号通路可能是治疗局灶节段性肾小球肾炎新策略

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目的:探索局灶节段性肾小球肾炎(FSGS)新的发病机制,以期为临床治疗FSGS提供新的治疗策略。方法:从GEO数据库下载FSGS肾穿刺标本的基因表达谱芯片数据集GSE129973、GSE121233,一共有50个样本,其中有25个FSGS肾穿刺样本,25个正常肾组织样本。从GEO下载表达矩阵后用R软件进行数据集合并,使用limma包进行差异表达分析。得到差异表达基因后,在STRING数据库检索差异表达基因编码蛋白的蛋白质-蛋白质互作关系(PPI),并利用Cytoscape绘制PPI网络图,通过Cytohubba插件筛选核心基因(hub gene)。利用DAVID数据库对差异基因进行基因本体(GO)功能富集和KEGG信号通路富集,确定hub基因参与的主要信号通路。再使用GSEA软件对所有样本数据的全基因表达谱数据进行KEGG通路分析,验证hub基因参与的信号通路是否与DAVID数据库分析结果相一致。最后,基于文献报道分析FSGS发生发展的潜在机制。结果:通过R软件limma包行差异分析筛选出FSGS的差异表达基因151个,其中50个上调基因,101个下调基因。在STRING数据库获得差异基因的蛋白质互作结果后,通过Cytoscape的Cytohubba插件筛选FSGS相关的hub基因,一共7个(ALB、FN1、EGF、SPP1、IGF1、PTGS2、FOS),其中FN1、SPP1表达上调,ALB、EGF、IGF1、PTGS2、FOS表达下调。在DAVID数据库从生物学过程(BP)、分子功能(MF)、细胞组分(CC)进行GO富集分析,结果表明差异基因的生物学过程主要富集于细胞氧化解毒、炎症反应、血小板脱颗粒、对脂多糖的反应、对伤害的反应、细胞外基质组织、血管生成、免疫反应、细胞黏附、固有免疫反应等;分子功能主要富集于晚期糖基化终产物受体结合活性、血红素结合活性、氧结合活性、铁离子结合活性、钙离子结合活性、整合素结合活性、肝素结合活性、过氧化物酶活性、谷胱甘肽转移酶活性等;细胞成分主要富集于细胞外区域,在细胞内区域集中在血液微粒、血小板α颗粒腔、血红蛋白复合体、高尔基腔、胞吞囊泡腔等部位。KEGG通路分析表明,差异基因涉及的通路主要富集于黏着斑信号通路、Toll样受体信号通路、TNF信号通路、AMPK信号通路、PI3K-AKT信号通路、药物代谢-细胞色素P450、化学致癌作用、谷胱甘肽代谢、癌症通路等,其中hub基因主要参与黏着斑信号通路、PI3K-AKT信号通路、癌症通路。通过GSEA富集分析验证得到Focal adhesion信号通路不仅在差异基因中显著富集,在全基因中也显著富集,并获得4个关键基因(FN1、SPP1、EGF、IGF1)。结论:FN1、SPP1、EGF及IGF1作为关键基因,通过Focal adhesion信号通路参与FSGS的发生发展。这意味着抑制Focal adhesion信号通路可能是治疗FSGS的新策略。
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