自噬及铁死亡相关靶点与慢性肾病肾功能损伤的进展:生物信息学分析及实验验证

陈冠廷; 张琳琪; 王希茜; 陈旭

doi:10.12307/2024.510

摘要：背景:自噬及铁死亡在慢性肾病的病程发展过程中发挥着重要作用,但目前对于慢性肾病肾组织自噬及铁死亡相关分子机制及基因靶点尚不清楚. 目的:基于生物信息学筛选慢性肾病相关数据集中差异表达基因,并探讨其中适合作为筛查慢性肾病患者肾功能进展的潜在关键生物标志物. 方法:①从GEO数据库获取GSE137570数据集,通过Networkanalyst数据库分析筛选差异表达基因,OMIM,GENECARD,FerrDb及HAMdb数据库分别获取铁死亡及自噬相关靶点,各数据取交集以获取慢性肾病自噬和铁死亡相关差异表达基因,并行富集分析.利用STRING网站构建差异表达基因蛋白互作网络,导入Cytoscape软件后利用MCODE及CytoHubba插件对蛋白互作网络进行功能模块分析,筛选潜在核心靶点,经富集分析以获取潜在核心靶点功能.②体外实验:将小鼠源肾小管上皮细胞分为2组,空白组不予任何干预,模型组加入5 ng/mL转化生长因子β1刺激24 h以诱导肾小管上皮细胞间充质转化,流式细胞术检测细胞中活性氧含量及线粒体膜电位变化,RT-PCR法检测细胞中铁死亡、自噬相关指标及潜在核心靶点mRNA表达. 结果与结论:①GSE137570数据集筛选后共计获取480个差异基因,其中表达上调基因104个,表达下调基因376个(log2|(FC)|>1,P<0.05);OMIM、GENECARD、FerrDb及HAMdb数据库获取铁死亡相关靶点562个,自噬相关靶点1 266个,将差异基因与铁死亡、自噬相关靶点取交集,分别获得铁死亡相关靶点15个,自噬相关靶点18个.②富集分析结果表明,铁死亡相关差异基因主要涉及硫氨基酸代谢、中性粒细胞脱粒等生物学过程及铁死亡信号通路,自噬相关差异基因主要富集于血小板脱颗粒、细胞外基质降解等生物学过程及受体酪氨酸激酶的信号传导.③经MCODE及CytoHubba筛选蛋白互作网络中关键基因,分别为CD44,ALB,TIMP1,PLG,CCL2,DPP4.④免疫浸润分析结果显示B细胞、CD4+T细胞、NK细胞及单核细胞等免疫细胞在慢性肾病肾组织中表达具有显著差异,而核心靶点与此类免疫细胞同样存在显著相关性(P<0.05).⑤ROC曲线分析结果进一步表明可通过CD44,ALB,TIMP1,PLG,CCL2,DPP4有效诊断慢性肾病病理进展.⑥经单细胞测序结果显示,除PLG外,各模型组小鼠肾组织靶点基因表达与该实验结果基本一致.⑦RT-PCR结果显示,对于自噬及铁死亡表型的验证,与空白组比较,模型组中LC3B,Nrf2,SLC7A11 mRNA表达显著降低(P<0.05),P62 mRNA表达显著增高(P<0.05);潜在核心靶点验证方面,与空白组比较,模型组中ALB、PLG mRNA表达显著降低(P<0.05),TIMP1,CCL2 mRNA表达显著升高(P<0.05).⑧上述结果显示,经生物信息学分析与实验验证,CD44,ALB,TIMP1,PLG,CCL2在慢性肾病患者肾组织中异常表达,与肾小球滤过率及肾间质纤维化密切相关,对慢性肾病进展或具有预测作用.