铜死亡基因在骨关节炎免疫浸润中的生物信息学分析

王伟伟; 欧志学; 周毅; 李统

摘要：背景:免疫浸润在骨关节炎的病程发展过程中发挥着重要作用,而铜死亡是近期最新发现的一种新型细胞程序性死亡,目前尚未有铜死亡基因调控免疫浸润在骨关节炎中的相关机制研究.目的:整合铜死亡基因和GEO数据库相关芯片,分析铜死亡基因与免疫浸润之间的关联性,构建风险模型,并进行基因本体、京都基因与基因组百科全书富集分析以及miRNA、中药预测,为今后骨关节炎免疫浸润方面的铜死亡机制挖掘提供理论支持.方法:通过GEO数据库检索符合条件的骨关节炎相关芯片,对其进行标准化处理;基于处理后的基因表达矩阵进行免疫浸润提取和量化,分析免疫浸润细胞及功能之间的相关性,以及它们在骨关节炎组和对照组中的差异性;整合处理后的铜死亡基因表达矩阵和标准化处理后的芯片基因表达矩阵,筛选出与骨关节炎相关的铜死亡基因,并构建风险模型,分析骨关节炎铜死亡相关基因的风险概率,另外通过FunRich软件预测其上游miRNA;最后通过Enrichr网站和Coremine Medical数据库对骨关节炎铜死亡相关基因进行基因本体、京都基因与基因组百科全书富集分析及中药预测.结果与结论:①免疫浸润相关性结果显示,树状突细胞和肥大细胞呈最强的正相关性(r=0.87),肥大细胞和肿瘤浸润淋巴细胞呈最强的负相关性(r=-0.81);②免疫浸润差异性分析显示,骨关节炎组中的树状突细胞、未成熟树状突细胞、巨噬细胞、肥大细胞、中性粒细胞、抗原呈递共抑制和趋化因子C-C-基序受体显著增加(P<0.05),而B细胞、Th2细胞和T细胞共刺激则显著减少(P<0.05);③共筛选出10个骨关节炎铜死亡基因,分别为SLC31A1、PDHB、PDHA1、LIPT1、LIAS、DLD、FDX1、DLST、DLAT、DBT,其中风险模型结果显示,PDHB可能是骨关节炎的风险因子;④富集分析结果,骨关节炎铜死亡基因主要富集在柠檬酸循环、丙酮酸代谢、糖酵解/糖异生等相关信号通路上;⑤通过Coremine Medical数据库共预测到包括温莪术(0.00475)、黄芩(0.049)、红景天苷(0.000237)等在内的27味中药和1种中药活性成分,其中红景天苷是此次研究中骨关节炎独立风险因子PDHB潜在的治疗中药活性成分;⑥FunRich软件共预测到包括has-miR-7a-5p、has-miR-7e-5p、has-miR-96-5p在内的29个骨关节炎铜死亡相关基因上游miRNA;⑦结果显示,骨关节炎铜死亡基因主要通过调节柠檬酸循环、丙酮酸代谢、糖酵解/糖异生等相关信号通路,影响树状突细胞、巨噬细胞、B细胞、抗原呈递共抑制等相关免疫细胞和功能在骨关节炎患者中的变化;在此过程中,包括has-miR-7a-5p、has-miR-7e-5p、has-miR-96-5p在内的29个miRNA可能也发挥着重要作用;另外,羊肝、温莪术和红景天苷等中药和中药活性成分可能是其潜在的分子药物来源.