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纤维肌痛综合征生物标记物的筛选及免疫细胞浸润分析
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作者 刘雅妮 杨静欢 +5 位作者 陆慧慧 易玉芳 李智翔 欧阳福 吴璟莉 魏兵 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第5期1091-1100,共10页
背景:纤维肌痛综合征作为常见风湿病,其发病与中枢敏化及免疫异常有关,但具体过程尚未阐明,缺乏特异性诊断标志物,不断探索该病的发病机制具有重要的临床意义。目的:基于加权基因共表达网络分析(WGCNA)等生物信息学方法和机器学习算法... 背景:纤维肌痛综合征作为常见风湿病,其发病与中枢敏化及免疫异常有关,但具体过程尚未阐明,缺乏特异性诊断标志物,不断探索该病的发病机制具有重要的临床意义。目的:基于加权基因共表达网络分析(WGCNA)等生物信息学方法和机器学习算法筛选纤维肌痛综合征潜在的诊断相关标志基因,并分析其免疫细胞浸润特征。方法:对来自基因表达综合数据库(GEO)的纤维肌痛综合征数据集转录谱进行差异分析和WGCNA分析,整合筛选出差异共表达基因,进一步采用机器学习套索回归(LASSO)算法、支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)机器学习算法来识别核心生物标志物,并绘制受试者工作特征(ROC)曲线以评估诊断价值。最后,采用单样本基因集富集分析(ssGSEA)和基因集富集分析(GSEA)评估纤维肌痛综合征的免疫细胞浸润情况及通路富集。结果与结论:①对GSE67311数据集按照log2|(FC)|>0,P<0.05的条件进行差异分析后获得8个下调的差异表达基因;进行WGCNA分析后获得正相关性最高(r=0.22,P=0.04)的模块(MEdarkviolet)内含基因497个,负相关性最高(r=-0.41,P=6×10-5)的模块(MEsalmon2)内含基因19个;将差异表达基因与WGCNA的2个高相关性模块基因取交集,获得7个基因。②对上述7个基因进行LASSO回归算法筛选出4个基因,进行SVM-RFE机器学习算法筛选出5个基因,两者取交集后确定了3个核心基因,分别为重组1号染色体开放阅读框150蛋白(germinal center associated signaling and motility like,GCSAML)、整合素β8(Integrin beta-8,ITGB8)和羧肽酶A3(carboxypeptidase A3,CPA3);绘制3个核心基因的ROC曲线下面积分别为0.744,0.739,0.734,提示均具有很好的诊断价值,可作为纤维肌痛综合征的生物标志物。③免疫浸润分析结果显示,与对照组相比纤维肌痛综合征患者记忆B细胞、CD56 bright NK细胞和肥大细胞显著下调(P<0.05),且与上述3个生物标志物显著正相关(P<0.05)。④富集分析结果提示,纤维肌痛综合征的富集途径包括9条,主要与嗅觉传导、神经活性配体-受体相互作用及感染等通路密切相关。⑤上述结果显示,纤维肌痛综合征的发生发展与多基因参与、免疫调节异常及多个通路失调有关,但这些基因与免疫细胞之间的相互作用,以及它们与各通路之间的关系尚需进一步研究。 展开更多
关键词 纤维肌痛综合征 生物信息学 机器学习 免疫浸润 加权基因共表达网络分析 套索回归 支持向量机递归特征消除算法 单样本基因集富集分析 基因集富集分析
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加权共表达网络分析与机器学习识别类风湿关节炎滑膜中的关键基因
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作者 武英楷 史高龙 谢宗刚 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第2期294-301,共8页
背景:类风湿关节炎是一种全身的免疫相关性疾病,主要病理特点是关节滑膜炎性增生及关节软骨的破坏,其发病机制目前尚不明确,迫切需要发现新的具有高度敏感性和特异性的诊断标志物。目的:联合使用生物信息学技术及计算机学习算法,识别并... 背景:类风湿关节炎是一种全身的免疫相关性疾病,主要病理特点是关节滑膜炎性增生及关节软骨的破坏,其发病机制目前尚不明确,迫切需要发现新的具有高度敏感性和特异性的诊断标志物。目的:联合使用生物信息学技术及计算机学习算法,识别并筛选类风湿关节炎患者滑膜中的关键基因,构建类风湿关节炎预测模型并进行验证。方法:从基因表达综合数据库中下载3个包含类风湿关节炎患者滑膜的数据集(GSE77298、GSE55235、GSE55457),GSE77298和GSE55235作为训练集,GSE55457作为测试集,共纳入66个样本,其中类风湿关节炎患者滑膜样本39个,正常滑膜样本27个。应用R语言筛选训练集中的差异基因,然后使用加权共表达网络将训练集中的基因模块化,选出关键模块中的特征基因,将差异表达基因和特征基因取交集,交集基因进入下一步机器学习。采用3种机器学习方法:最小绝对值收敛和选择算子算法、支持向量机-递归特征消除和随机森林算法对交集基因进一步分析获得枢纽基因,将枢纽基因再次相交即得到类风湿关节炎滑膜中的关键基因。以关键基因为变量构建预测类风湿关节炎的列线图模型,推测患者发生类风湿关节炎的危险程度,使用受试者工作特征曲线确定类风湿关节炎预测模型及其关键基因的诊断价值。结果与结论:①通过差异分析,训练集中共筛选出差异基因730个,加权共表达网络分析得到特征基因185个,两者交集基因159个;②最小绝对值收敛和选择算子发现枢纽基因4个,支持向量机-递归特征消除发现枢纽基因11个,随机森林发现枢纽基因5个,取交集后获得关键基因2个(TNS3、SDC1);③基于2个关键基因,在训练集及测试集种构建列线图,其校准预测曲线与标准曲线贴合较好,且预测类风湿关节炎发生的临床效能良好;④上述结果证实,基于生物信息及机器学习算法获得的TNS3和SDC1有可能成为类风湿关节炎诊断和治疗的关键靶点。 展开更多
关键词 加权基因共表达网络 机器学习算法 类风湿关节炎 关键基因 预测模型
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骨关节炎中枢纽基因及在免疫浸润中作用的生物信息学分析与鉴定
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作者 蔡溦 朱御坤 许建中 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第18期3747-3757,共11页
背景:低度慢性炎症被认为在骨关节炎的发病机制中起着核心作用,但是具体的分子机制目前仍不清楚。目的:筛选和探讨骨关节炎中的潜在枢纽基因及免疫细胞的浸润情况。方法:将来自GPL570平台的GSE206848数据集与来自GPL96平台的GSE55235和G... 背景:低度慢性炎症被认为在骨关节炎的发病机制中起着核心作用,但是具体的分子机制目前仍不清楚。目的:筛选和探讨骨关节炎中的潜在枢纽基因及免疫细胞的浸润情况。方法:将来自GPL570平台的GSE206848数据集与来自GPL96平台的GSE55235和GSE55457数据集合形成原始数据集。使用加权基因共表达网络分析去除离群样本,随后鉴定差异表达基因,并对差异表达基因进行功能富集分析。此外,构建差异表达基因的蛋白质-蛋白质相互作用网络,并使用Cytoscape软件中的两种不同算法筛选枢纽基因。利用CIBERSORT算法评估骨关节炎样本与正常对照之间免疫细胞浸润比例的差异。通过对收集到的骨关节炎患者滑膜组织样本进行定量反转录聚合酶链反应(RT-qPCR)实验,并结合来自GPL96测序平台的GSE12021数据集作为独立数据集,验证枢纽基因对骨关节炎的诊断能效。结果与结论:①在去除5个离群样本后,共鉴定出340个差异表达基因,其中包括159个上调基因和181个下调基因。通过加权基因共表达网络分析和Cytoscape共获得了6个枢纽基因。②CIBERSORT分析显示,骨关节炎组织中多种类型免疫细胞浸润比例与正常组织相比存在差异,6个枢纽基因的表达水平与骨关节炎中多种免疫细胞的相对比例密切相关。③RT-qPCR结果表明,6个基因的相对表达水平相对于正常组织呈下调趋势,但是NFKBIA和PTGS2的表达差异不显著(P>0.05);原始和外部数据集中的ROC曲线表明,6个枢纽基因对骨关节炎具有较强的诊断能力(AUC>0.8)。④结论:最终确定了4个枢纽基因,分别为CDKN1A、MYC、CXC趋化因子配体2和血管内皮生长因子A,可能通过介导免疫应答和炎症反应成为未来治疗骨关节炎的分子靶点。 展开更多
关键词 骨关节炎 滑膜组织 枢纽基因 免疫浸润 生物信息学 加权基因共表达网络分析
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骨形态发生蛋白/Wnt信号通路调控成骨:揭示骨骼形成和重塑的分子机制 被引量:1
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作者 刘淏文 乔卫平 +3 位作者 孟志成 李凯杰 韩暄 史鹏博 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第3期563-571,共9页
背景:成骨细胞是负责骨骼形成和重塑的主要细胞类型,其功能的正常发挥受到多种信号通路的精密调控,其中,骨形态发生蛋白和Wnt信号通路在成骨过程中起着关键作用。目的:综述了骨形态发生蛋白/Wnt信号通路在调控成骨细胞功能中的作用,并... 背景:成骨细胞是负责骨骼形成和重塑的主要细胞类型,其功能的正常发挥受到多种信号通路的精密调控,其中,骨形态发生蛋白和Wnt信号通路在成骨过程中起着关键作用。目的:综述了骨形态发生蛋白/Wnt信号通路在调控成骨细胞功能中的作用,并分析其在不同生理和病理条件下的变化,以期进一步揭示骨骼形成和重塑的分子机制。方法:以中文检索词“BMP信号通路,Wnt信号通路,成骨”及英文检索词“BMP signaling pathway,Wnt signaling pathway,osteogenesis”在中国知网、万方和PubMed数据库中检索研究原著,检索时限为各数据库建库至2023年6月的相关文献,最终筛选61篇文献进行分析总结。采用文献综述的方法,对骨形态发生蛋白/Wnt信号通路调控成骨作用的研究进行梳理和分析。结果与结论:①骨形态发生蛋白和Wnt信号通路在成骨细胞的分化、增殖和成熟过程中发挥重要作用。骨形态发生蛋白信号通路主要通过激活Smad蛋白来调控成骨相关基因的表达,Smad蛋白被激活后进入细胞核,调控与成骨相关的基因表达,与骨形态发生蛋白不同,Wnt信号通路主要依赖于β-catenin的激活来发挥生物学效应。②不同生理和病理状态下,骨形态发生蛋白/Wnt信号通路的调控作用会受到多种因素的影响。生长因子及激素及机械应力等会在一定程度上影响骨形态发生蛋白/Wnt信号通路的活性。③骨形态发生蛋白/Wnt信号通路在调控成骨过程中与其他信号通路相互作用,共同构成复杂的调控网络。④中药和天然化合物可以通过调控信号通路来促进骨骼健康,为中药治疗骨骼疾病提供了新的可能性。⑤未来研究可进一步探讨骨形态发生蛋白/Wnt信号通路与其他信号通路的相互作用以及其在不同生理和病理条件下的变化,解析此复杂网络中的关键节点和调控机制,为骨骼相关疾病的治疗提供更精确的靶点,也为揭示骨骼形成和重塑的分子机制提供新的思路。 展开更多
关键词 骨形态发生蛋白信号通路 Wnt信号通路 成骨 骨骼 基因表达 分化 增殖 调控作用 交互作用 调控网络
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基于生物信息学探讨犀角地黄汤治疗银屑病的作用机制 被引量:1
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作者 张冰 李建伟 +2 位作者 刘学伟 沈萃萃 何英 《中国中医基础医学杂志》 CAS CSCD 2024年第4期680-686,共7页
目的运用生物信息学方法筛选银屑病炎症相关的特征基因并探索犀角地黄汤的干预机制。方法从GEO数据库中筛选包含银屑病皮损及正常对照的数据集。从GSEA数据库中获得炎症相关基因。使用limma包筛选出差异表达基因并与炎症相关基因取交集... 目的运用生物信息学方法筛选银屑病炎症相关的特征基因并探索犀角地黄汤的干预机制。方法从GEO数据库中筛选包含银屑病皮损及正常对照的数据集。从GSEA数据库中获得炎症相关基因。使用limma包筛选出差异表达基因并与炎症相关基因取交集获取差异表达的炎症相关基因(differentially expressed inflammation-related genes,DEIRGs),并对DEIRGs进行基因本体论(gene ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析。通过加权基因共表达网络分析(weighted geneco-expression network analysis,WGCNA)和最小绝对值收敛和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)回归筛选出银屑病炎症相关的特征基因,并进行受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)检验。检索TCMSP、TCMID数据库,筛选犀角地黄汤活性成分和靶点,与DEIRGs取交集得到有效作用成分和有效靶点。然后,通过Pubchem、PDB数据库获取相关结构文件,再利用swissdock数据库进行分子对接并计算结合能。结果本研究共筛选560个差异表达基因和20个DEIRGs。GO和KEGG富集分析共得到779条生物功能和37条通路。WGCNA分析共筛选出483个基因,与20个DEIRGs取交集得到9个银屑病核心炎症反应基因,通过LASSO回归筛选出6个与银屑病发病高度相关的炎症反应特征基因,分别为CXCL10、F3、NMI、P2RY2、RTP4和TPBG。ROC曲线显示各个基因的曲线下面积(area under curve,AUC)均>0.9,LASSO回归模型的AUC为1。将犀角地黄汤的中药成分采用网络药理学检索解析后发现赤芍中的活性成分鞣花酸(ellagic acid)可作用于CXCL8,芍药苷(paeoniflorin)可作用于IL-6;牡丹皮中的活性成分栎精(quercetin)可作用于CXCL8、IL-6、F3和CXCL10。结论CXCL10、F3、NMI、P2RY2、RTP4和TPBG可能是银屑病的炎症相关特征基因,预测犀角地黄汤中的赤芍、牡丹皮有作用于银屑病相关特征基因的成分,可为后续药物研究提供参考。 展开更多
关键词 银屑病 炎症反应 特征基因 生物信息学 网络药理学 犀角地黄汤
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酒精性肝炎自噬关键基因的筛选及生物信息学分析 被引量:3
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作者 袁超 练庆海 +3 位作者 尼贝贝 许燕 张彤 张剑 《器官移植》 CSCD 北大核心 2024年第1期90-101,共12页
目的筛选酒精性肝炎(AH)的自噬关键基因,探讨AH潜在的生物标志物和治疗靶点。方法采用基因表达综合数据库(GEO)中的2个AH基因芯片和从MSigDB、GeneCards数据库中获得的自噬相关数据集,通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)获取关键基因。... 目的筛选酒精性肝炎(AH)的自噬关键基因,探讨AH潜在的生物标志物和治疗靶点。方法采用基因表达综合数据库(GEO)中的2个AH基因芯片和从MSigDB、GeneCards数据库中获得的自噬相关数据集,通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)获取关键基因。对筛选的关键基因进行基因本体(GO)、京都基因和基因组百科全书(KEGG)功能富集分析,蛋白质相互作用(PPI)分析,免疫浸润分析,构建信使RNA(mRNA)-微小RNA(miRNA)网络,进行酒精性肝病不同分期的自噬相关关键基因的表达差异分析,并进一步通过实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)在AH患者和小鼠肝脏组织中验证。结果本研究筛选得到了11个与AH自噬相关的基因(EEF1A2、CFTR、SOX4、TREM2、CTHRC1、HSPB8、TUBB3、PRKAA2、RNASE1、MTCL1、HGF),均为上调基因。在AH患者和小鼠肝脏组织中,SOX4、TREM2、HSPB8、PRKAA2在AH组中的相对表达量均高于对照组。结论SOX4、TREM2、HSPB8、PRKAA2可能是AH潜在的生物标志物和治疗靶点。 展开更多
关键词 酒精性肝炎 自噬 关键基因 生物信息学 加权基因共表达网络分析(WGCNA) 基因本体(GO) 京都基因和基因组百科全书(KEGG) 蛋白质相互作用(PPI)
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儿童哮喘急性发作的特征基因挖掘及其对哮喘发作的预测前景
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作者 黄于艺 张俊艳 《中国免疫学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1126-1130,共5页
目的:应用生物信息学方法对哮喘急性发作患者的基因表达谱芯片进行分析,以探索哮喘急性发作的机制,寻找精准提前识别哮喘急性发作的检测指标。方法:从GEO平台库获取GSE103166芯片数据集,在对数据集进行清洗和整理后,对急性哮喘发作的儿... 目的:应用生物信息学方法对哮喘急性发作患者的基因表达谱芯片进行分析,以探索哮喘急性发作的机制,寻找精准提前识别哮喘急性发作的检测指标。方法:从GEO平台库获取GSE103166芯片数据集,在对数据集进行清洗和整理后,对急性哮喘发作的儿童和非哮喘儿童的表达谱进行差异分析。利用R语言进行富集分析,对差异表达基因(DEGs)进行功能注释。利用基因互作信息,构建DEGs互作网络,并对网络进行结构拆解,筛选出关键基因和调控子网络。结果:GSE103166数据集包含87例儿童(56例急性哮喘发作的儿童和31例非哮喘儿童)鼻拭子样本。筛选出63个显著DEGs,其中上调基因39个,下调基因24个。DEGs主要富集在内吞小泡与内吞小泡膜中,其中CD163是这两个细胞组件唯一显著上调基因。对互作网络进行结构拆解,得出4个主要互作子网络。其中CD163涉及子网络Ⅰ,此网络由CD163、ARG2、CAT、GSTA2、SCNN1G、MT2A组成,其中ARG2、CAT处于调控网络中心。结论:CD163及CD163、ARG2、CAT、GSTA2、SCNN1G、MT2A组成的基因调控网络可能是哮喘急性发作的关键基因与主要调控网络,为精准提前识别哮喘急性发作的检测指标和治疗靶点提供了研究思路。 展开更多
关键词 急性哮喘 基因 调控网络 生物信息学
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Identifying genetic susceptibility to Aspergillus fumigatus infection using collaborative cross mice and RNA-Seq approach
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作者 Roa'a H.S.Yosief Iqbal M.Lone +3 位作者 Aharon Nachshon Heinz Himmelbauer Irit Gat-Viks Fuad A.Iraqi 《Animal Models and Experimental Medicine》 CAS CSCD 2024年第1期36-47,共12页
Background:Aspergillus fumigatus(Af)is one of the most ubiquitous fungi and its infection potency is suggested to be strongly controlled by the host genetic back-ground.The aim of this study was to search for candidat... Background:Aspergillus fumigatus(Af)is one of the most ubiquitous fungi and its infection potency is suggested to be strongly controlled by the host genetic back-ground.The aim of this study was to search for candidate genes associated with host susceptibility to Aspergillus fumigatus(Af)using an RNAseq approach in CC lines and hepatic gene expression.Methods:We studied 31 male mice from 25 CC lines at 8 weeks old;the mice were infected with Af.Liver tissues were extracted from these mice 5 days post-infection,and next-generation RNA-sequencing(RNAseq)was performed.The GENE-E analysis platform was used to generate a clustered heat map matrix.Results:Significant variation in body weight changes between CC lines was ob-served.Hepatic gene expression revealed 12 top prioritized candidate genes differ-entially expressed in resistant versus susceptible mice based on body weight changes.Interestingly,three candidate genes are located within genomic intervals of the previ-ously mapped quantitative trait loci(QTL),including Gm16270 and Stox1 on chromo-some 10 and Gm11033 on chromosome 8.Conclusions:Our findings emphasize the CC mouse model's power in fine mapping the genetic components underlying susceptibility towards Af.As a next step,eQTL analysis will be performed for our RNA-Seq data.Suggested candidate genes from our study will be further assessed with a human cohort with aspergillosis. 展开更多
关键词 aspergillus fumigatus infection collaborative cross(CC)mice gene expression profile gene-network host susceptibility quantitative trait loci(QTL)mapping RNA-SEQ
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基于TCGA数据库的头颈鳞癌预后关键基因分析 被引量:1
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作者 陈莹 秦涵书 《中国卫生信息管理杂志》 2024年第1期162-169,共8页
目的利用现有的TCGA数据库中头颈鳞癌基因表达谱数据和生存数据,探索头颈鳞癌预后关键基因。方法基于机器学习方法并在统计学意义下进行基因差异表达分析。分别利用LASSO回归及弹性网络回归,初步筛选出与生存相关的基因,并基于GEPIA数... 目的利用现有的TCGA数据库中头颈鳞癌基因表达谱数据和生存数据,探索头颈鳞癌预后关键基因。方法基于机器学习方法并在统计学意义下进行基因差异表达分析。分别利用LASSO回归及弹性网络回归,初步筛选出与生存相关的基因,并基于GEPIA数据库和Wilcox test检验对筛选结果进行双重检验。利用UALCAN数据库和COX比例风险回归模型,对通过检验的基因结果进行生存分析,探索预后关键基因与生存率的关系。结果共获得1881个差异基因,并且弹性网络回归筛选的18个基因通过了双重检验(P<0.05)。6个基因在UALCAN数据库和COX比例风险回归模型中均与头颈鳞癌生存率相关,其中CDKN2A、DMRTA2与患者生存率正相关,PLAU、STC2、SYT1、TIMP4则与患者生存率负相关。结论CDKN2A、DMRTA2、PLAU、STC2、SYT1、TIMP4这6个基因为头颈鳞癌预后关键基因。 展开更多
关键词 头颈鳞癌 弹性网络 预后基因 生存分析
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基于WGCNA探讨葛根素对呕吐毒素诱导C6细胞损伤的保护作用
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作者 赵海平 刘林 +3 位作者 王昕璐 岳鹏飞 孔维军 王蒙 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期301-310,共10页
【目的】利用呕吐毒素(deoxynivalenol,DON)构建C6细胞损伤模型,分析葛根素(puerarin,PUE)对DON诱导C6细胞损伤的保护作用机制。【方法】通过RNA测序(RNA-seq)和加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,W... 【目的】利用呕吐毒素(deoxynivalenol,DON)构建C6细胞损伤模型,分析葛根素(puerarin,PUE)对DON诱导C6细胞损伤的保护作用机制。【方法】通过RNA测序(RNA-seq)和加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),挖掘与PUE缓解DON诱导C6细胞损伤最相关的关键模块和关键核心靶点基因,探究PUE缓解DON诱导的神经毒性作用的分子机制。【结果】PUE可以显著抑制DON诱导的C6细胞活力下降,对损伤的C6细胞形态有所恢复,可有效缓解DON诱导的C6细胞损伤。RNA-seq和WGCNA结果表明,Blue模块是与PUE缓解DON诱导C6细胞损伤表型最相关的关键模块,从中筛选出S100a11、Pdia3、Hsp90b1等基因是PUE发挥对DON诱导C6细胞损伤保护作用的关键核心基因。【结论】PUE可能是通过靶向关键核心基因参与内质网中的蛋白质加工途径从而缓解DON诱导的C6细胞损伤。 展开更多
关键词 呕吐毒素 葛根素 加权基因共表达网络分析 C6细胞
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基于单细胞RNA测序数据的基因调控网络推断算法综述
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作者 张少强 潘镜伊 《天津师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第1期1-12,共12页
通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序(scRNA-seq)为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基... 通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序(scRNA-seq)为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基因调控网络推断算法进行介绍,包括3种针对批量RNA测序数据的推断算法和23种针对scRNA-seq数据的推断算法(基于布尔网络的算法2种、基于微分方程的算法3种、基于伪时序基因相关性集成策略的算法5种、基于共表达基因的算法4种、基于细胞特异性的算法3种、基于深度学习的算法6种),详细描述了每类算法的方法原理和算法优缺点,对算法进行综合比较;然后分析了推断算法比较研究的相关成果,并使用scRNA-seq数据简单评估了26种算法的性能;最后探讨当前基因调控网络推断算法面临的机遇与挑战. 展开更多
关键词 基因调控网络 单细胞RNA测序 网络推断算法 深度学习
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基于特征图网络和多种生物信息预测关键蛋白质的深度学习框架 被引量:1
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作者 刘桂霞 曹心恬 赵贺 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期593-605,共13页
针对生物实验识别关键蛋白质费时费力,使用计算方法预测关键蛋白质无法有效整合生物信息的问题,提出一个深度学习框架.首先利用网络拓扑结构、基因表达数据和GO(gene ontology)注释数据构建加权蛋白质相互作用网络;然后分别使用特征图... 针对生物实验识别关键蛋白质费时费力,使用计算方法预测关键蛋白质无法有效整合生物信息的问题,提出一个深度学习框架.首先利用网络拓扑结构、基因表达数据和GO(gene ontology)注释数据构建加权蛋白质相互作用网络;然后分别使用特征图网络和双向长短期记忆细胞从亚细胞定位数据、蛋白质复合物数据和基因表达数据中提取特征向量;最后将这些特征向量输入到任务学习层预测关键蛋白质.实验结果表明,相比于现有的计算方法,该方法预测性能更好. 展开更多
关键词 关键蛋白质 特征图网络 亚细胞定位 基因表达 GO注释 蛋白质复合物
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基于网络药理学和实验验证分析逍遥散治疗黄褐斑作用机制研究
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作者 丁洪青 张迁 +4 位作者 刘娟 徐蕴杰 张博 陈丽梅 赵娜 《食品与药品》 CAS 2024年第5期415-422,共8页
目的基于网络药理学技术及实验验证分析逍遥散治疗黄褐斑的作用机制。方法应用TCMSP等数据库和相关的文献资料,检索逍遥散的生物活性成分及相关作用靶点,构建逍遥散的药物-有效成分-作用靶点网络。基于Drugbank和Genecards等数据库建立... 目的基于网络药理学技术及实验验证分析逍遥散治疗黄褐斑的作用机制。方法应用TCMSP等数据库和相关的文献资料,检索逍遥散的生物活性成分及相关作用靶点,构建逍遥散的药物-有效成分-作用靶点网络。基于Drugbank和Genecards等数据库建立与黄褐斑相关的疾病靶点,与逍遥散的有效成分靶点匹配获得潜在治疗靶点。根据Metascape数据库和DAVID数据库对潜在的治疗靶点进行GO生物过程、KEGG信号通路和蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)分析,PPI网络的拓扑分析用Cytoscape软件进行。并用实验验证上述结果。结果逍遥散中有效化学成分有928种,包括白芍85种,白术55种,柴胡349种,当归125种,茯苓34种,甘草280种,有效成分作用靶点基因155个。在药物-有效成分-靶点网络内重要性前10的有效成分中,来源自柴胡4种,白芍3种,白术1种,甘草2种。共收集到49个黄褐斑相关疾病靶点,其中有24个是逍遥散治疗黄褐斑的潜在靶点基因。KEGG富集分析表明,在全部的20调信号通路中得到10条较为靠前的信号通路。GO功能富集分析显示,前10个生物过程包括分子调节功能、磷酸化等;前10个分子功能包括细胞传递部分、生物膜等;前10个细胞定位包括核苷酸、嘌呤核苷酸等。PPI网络经提取后获得了包含36个节点的核心网络,其中HSP90AA1、HSP90AB1、NTRK1、CUL3、APP、EGFR、TP53、UBC、MCM2、PRKACA基因是核心靶点。实验验证表明,逍遥散可显著改善大鼠黄褐斑情况;能升高血清SOD水平,降低血清Tyr和MDA含量;改善黄褐斑处皮肤组织结构和皮肤HMB45表达情况。结论逍遥散可通过多成分、多靶点和多通路治疗黄褐斑,起治疗作用的有效成分主要来源自柴胡、白芍、白术和甘草,而核心靶点主要有HSP90AA1等基因。 展开更多
关键词 逍遥散 黄褐斑 网络药理学 机制 基因 实验验证
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人工神经网络筛选类风湿关节炎的特征基因及免疫细胞浸润分析
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作者 李斌华 熊伟 +1 位作者 程凌 陆华龙 《中国免疫学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1607-1614,共8页
目的:运用人工神经网络确定类风湿关节炎(RA)的特征基因,并分析免疫细胞在RA相关微环境中的作用。方法:GSE1919和GSE77298芯片均来自GEO数据库。运用R语言将两芯片进行合并与批次矫正,得到一个新数据集,并进行差异分析。对差异表达基因(... 目的:运用人工神经网络确定类风湿关节炎(RA)的特征基因,并分析免疫细胞在RA相关微环境中的作用。方法:GSE1919和GSE77298芯片均来自GEO数据库。运用R语言将两芯片进行合并与批次矫正,得到一个新数据集,并进行差异分析。对差异表达基因(DEGs)进行Metascape富集分析和GO、KEGG富集分析。运用R软件“randomForest”包在随机森林(RF)算法下筛选RA特征基因,并依据基因评分构建人工神经网络模型。提取排名前4的基因(HubGene)进行后续分析。应用单样本基因集富集分析(ssGSEA)计算样品中免疫细胞丰度并进行相关性分析。结果:人工神经网络模型筛选出排名前15的基因作为RA特征基因:STAT1、RUNX3、AR、CDH11、LMO4、TIMP1、PLXNC1、CAP2、PRKAA2、VDR、SPP1、HCK、EPHB2、KCNAB1、ITGB7,其中STAT1、RUNX3、CDH11在RA滑膜组织中均上调,AR在RA滑膜组织中下调。免疫细胞浸润结果显示,RA与活化CD4 T细胞相关性最显著。与RUNX3存在显著相关性的免疫细胞最多。RUNX3与活化B细胞、活化CD4 T细胞、活化CD8 T细胞、中央记忆CD4+T细胞、效应性记忆CD8 T细胞、调节性T细胞、γδT细胞和巨噬细胞呈显著正相关,但与NK细胞呈显著负相关。结论:通过人工神经网络确定了与RA相关的15个特征基因,其中排名前4的基因为STAT1、RUNX3、AR、CDH11。强调了活化CD4 T细胞、调节性T细胞、γδT细胞、巨噬细胞、NK细胞、活化B细胞等免疫细胞在RA发病机制中的重要性,为RA诊断和免疫细胞分子机制研究提供了新见解。 展开更多
关键词 人工神经网络 类风湿关节炎 基因 免疫细胞
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基于数据库挖掘、网络药理学和试验验证探究葡萄籽多酚缓解溃疡性结肠炎的作用机制
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作者 王政 宋祖晨 +3 位作者 余蕊宏 周彦彤 马岩 刘振广 《畜牧与兽医》 CAS 北大核心 2024年第6期78-85,共8页
本试验旨在探究葡萄籽多酚缓解葡聚糖硫酸钠诱导的溃疡性结肠炎的机制。试验选用GEO数据库中的两个数据集,使用sva包对其进行整合后,通过加权基因共表达网络的方法鉴定与溃疡性结肠炎相关的基因模块,并利用基因本体论数据库和京都基因... 本试验旨在探究葡萄籽多酚缓解葡聚糖硫酸钠诱导的溃疡性结肠炎的机制。试验选用GEO数据库中的两个数据集,使用sva包对其进行整合后,通过加权基因共表达网络的方法鉴定与溃疡性结肠炎相关的基因模块,并利用基因本体论数据库和京都基因与基因组百科全书数据库对基因功能进行注释;使用液相色谱-质谱联用技术检测葡萄籽多酚主要成分,选取含量前10的成分,利用TCMSP、DrugBank、SwissTargetPrediction等数据库和靶点预测工具获取其作用的靶点,并与先前鉴定的溃疡性结肠炎相关模块的基因取交集,使用蛋白质-蛋白质相互作用网络分析,得到葡萄籽多酚缓解溃疡性结肠炎的关键靶点;使用分子对接验证葡萄籽多酚主要成分与关键靶点的连接活性;利用Raw264.7细胞系,通过荧光定量PCR鉴定葡萄籽多酚对关键靶点基因的影响。结果表明,有3个基因模块与溃疡性结肠炎表型高度相关,且模块内的基因主要与炎症反应、细胞周期和代谢、细胞的趋化等功能相关;葡萄籽多酚的主要成分分别为儿茶素、表儿茶素、原花青素B2、刺柄芒花素等,这些成分作用的靶点基因与溃疡性结肠炎相关模块的基因有15个相同,而在这15个基因中,前列腺素内过氧化物合酶2、基质金属酶9、白介素-6、肿瘤坏死因子-α因为在网络中有最高的连接度而被认为是关键靶点;葡萄籽多酚含量最高的10个成分与这4个靶点均具有良好的连接活性,荧光定量PCR也证明了葡萄籽多酚能影响这4个靶点基因的表达。综上,葡萄籽多酚最有可能通过影响前列腺素内过氧化物合酶成2、基质金属酶9、白介素-6和肿瘤坏死因子-α来缓解溃疡性结肠炎。 展开更多
关键词 溃疡性结肠炎 网络药理学 分子对接 加权基因共表达网络 葡萄籽多酚 作用机制
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葛根汤治疗骨关节炎的网络药理学分析及动物实验验证 被引量:2
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作者 刘宝方 徐斌 陈雷 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2024年第2期193-199,共7页
背景:葛根汤是中医著名方剂,具有抗炎止痛的良好疗效,通过网络药理学分析葛根汤在骨关节炎中的作用机制,从而获得葛根汤的主要疗效成分。目的:通过网络药理学和动物实验验证葛根汤治疗骨关节炎的作用机制。方法:首先,通过中草药分析平台... 背景:葛根汤是中医著名方剂,具有抗炎止痛的良好疗效,通过网络药理学分析葛根汤在骨关节炎中的作用机制,从而获得葛根汤的主要疗效成分。目的:通过网络药理学和动物实验验证葛根汤治疗骨关节炎的作用机制。方法:首先,通过中草药分析平台(TCMSP)筛选葛根汤的活性成分,并在GeneCards数据库收集骨关节炎的相关基因;其次,利用Cytoscape软件构建“活性成分-作用靶点-疾病”网络图,探索核心靶基因及分析基因表达差异,随后通过小鼠骨关节炎模型进行葛根汤主成分之一木犀草素疗效的实验验证;最后,对靶标基因进行京都基因百科全书(KEGG)和基因本体(GO)富集分析进一步探索相关机制。结果与结论:筛选出115种活性成分和147个相对应的靶标基因,KEGG和GO分析发现葛根汤可通过多种反应机制和代谢通路影响骨关节炎,筛选出6个核心表达差异基因和作用于这些基因的化合物,其中葛根汤的主要成分木犀草素在动物实验中可以较好地促进软骨修复,促进胶原蛋白Ⅱ的表达,抑制基质金属蛋白酶1、环氧合酶2的表达。结果表明,葛根汤中含多种活性成分通过氧化应激等作用机制和代谢通路阻止骨关节炎的进展。 展开更多
关键词 葛根汤 骨关节炎 差异表达基因 网络药理学 信号通路 炎症反应 靶点预测 木犀草素
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肿瘤类器官及其在合成生物学中的研究进展 被引量:1
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作者 孟倩 尹聪 黄卫人 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第1期191-201,共11页
类器官技术的发展为更接近机体细胞组成和病理生理特征的癌症模型开辟了新途径。患者来源的肿瘤类器官在多次传代后仍能维持原有肿瘤的组织病理学及遗传表型特征,不仅可作为测试新型抗癌药物的优良模型,也可通过其药物敏感性测试预测患... 类器官技术的发展为更接近机体细胞组成和病理生理特征的癌症模型开辟了新途径。患者来源的肿瘤类器官在多次传代后仍能维持原有肿瘤的组织病理学及遗传表型特征,不仅可作为测试新型抗癌药物的优良模型,也可通过其药物敏感性测试预测患者的临床反应,为肿瘤患者的个体化精准治疗提供可靠的依据。合成生物学是以工程学思想为指导,提供独特工具来重建空间和动态信号,调控细胞间通信。合成生物学的快速发展,为肿瘤类器官在肿瘤的发生发展及肿瘤治疗等方面提供了一系列崭新的思路和方法,包括如何工程化重建类器官空间与动态信号、细胞稳态维持、细胞间通信调控等。本文概述了肿瘤类器官的构建过程及其在合成生物学中的应用,讨论了肿瘤类器官当前在构建效率、标准化、自动化、精确度等方面的局限性,最后展望了合成生物学在推动肿瘤类器官结构和功能复杂化方面的前景。 展开更多
关键词 肿瘤类器官 药物筛选 精准医疗 基因线路 合成生物学
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失眠颗粒对疫情后PTSD患者卒中预防作用的网络药理学及动物实验研究 被引量:1
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作者 张旭 李兰 +5 位作者 柏若雪 张莎 程楠 刘婧涵 阚晓茹 陈钧 《海南医学院学报》 CAS 北大核心 2024年第13期990-1001,共12页
目的:采用网络药理学方法和动物实验验证探讨陕西省中医医院院内制剂失眠颗粒治疗疫情后创伤后应激障碍(post‑traumatic stress disorder,PTSD)远期预防卒中(stroke)的作用机制。方法:使用TCMIP和BATMAN‑TCMTCMSP等数据库筛选失眠颗粒... 目的:采用网络药理学方法和动物实验验证探讨陕西省中医医院院内制剂失眠颗粒治疗疫情后创伤后应激障碍(post‑traumatic stress disorder,PTSD)远期预防卒中(stroke)的作用机制。方法:使用TCMIP和BATMAN‑TCMTCMSP等数据库筛选失眠颗粒成分中各味中药的有效成分及靶点,基于GEO数据库采用基因表达图谱分析技术通过基因共表达网络分析(WGCNA)获得PTSD和卒中的差异基因。利用R语言软件进行数据挖掘和统计分析,以筛选出PTSD发生卒中的风险基因。将失眠颗粒的靶点与PTSD发生卒中的风险基因取交集,通过STRING数据库构建靶点互作网络,在Cytoscape软件进行拓扑分析筛选核心靶点,对交集靶点进行GO功能分析和KEGG富集分析,构建“失眠颗粒中药‑成分‑靶点”网络图,选取核心靶点进行动物实验验证。结果:失眠颗粒筛选出642个化合物成分,对应2082个靶点,筛选出PTSD发生卒中的风险基因2379个,通过VENN分析获得失眠颗粒成分和疾病共同靶点165个。PPI分析后最终获得68个关键靶点,即为失眠颗粒治疗PTSD并对卒中远期预防的核心靶点。在CytoNCA进行拓扑分析,排名前10的核心靶点分别是MAPK3、MAPK1、NCOA2、MAPK14、NR3C1、RARA、PRKACA、SMARCD3、FOS、FOXO1。KEGG富集分析后得到104条相关通路,GO功能分析得到10条BP通路、10条MF通路和3条CC通路。在动物实验中,与模型组比较,失眠颗粒可明显改善PTSD的焦虑样行为,同时降低p38 MAPK蛋白的表达水平。结论:失眠颗粒通过抑制p38 MAPK介导的MAPK通路来抑制创伤后应激障碍的抑郁焦虑样行为和记忆能力。PTSD患者卒中的发生率高,失眠颗粒通过治疗PTSD并对卒中的远期预防有迹可循。 展开更多
关键词 失眠颗粒 创伤后应激障碍 卒中 网络药理学 基因共表达网络分析 机制研究
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基于网络药理学与GEO差异基因芯片数据探讨芦丁治疗脊髓损伤的作用机制
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作者 周亚净 段春胜 +3 位作者 何润之 程芳 吴黎莉 刘建敏 《天津师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期19-27,共9页
为了探究芦丁治疗脊髓损伤的作用机制,基于网络药理学和GEO差异基因芯片数据分析,结合体内实验,筛选芦丁对脊髓损伤的作用靶点.首先通过TCMSP、Swiss Target Prediction和SuperPred数据库获得芦丁的作用靶点,同时采用GEO差异基因、CTD、... 为了探究芦丁治疗脊髓损伤的作用机制,基于网络药理学和GEO差异基因芯片数据分析,结合体内实验,筛选芦丁对脊髓损伤的作用靶点.首先通过TCMSP、Swiss Target Prediction和SuperPred数据库获得芦丁的作用靶点,同时采用GEO差异基因、CTD、OMIM、PharmGkb疾病数据库获取脊髓损伤的疾病靶点;然后应用Cytoscape软件采用蛋白互作的方式筛选芦丁治疗脊髓损伤的核心靶点,并采用R语言对核心靶点进行GO功能及KEGG通路富集分析;最后采用Rutgers MASCIS脊髓损伤撞击器建立大鼠急性脊髓损伤模型,芦丁干预3 d后采用BBB运动评分法对大鼠后肢运动功能进行评价,采用酶联免疫吸附测定法检测脊髓中炎症因子TNF-α、IL-6、IL-1β和NF-κB的表达水平以及ROS和MDA含量.结果发现:(1)芦丁共有56个对应的蛋白靶点,脊髓损伤筛选到4 624个疾病靶点,合并后得到5个核心靶点,即CASP3、ESR1、GSK3B、IL-6、MTOR;(2) GO功能主要集中在对氧化应激的反应、活性氧代谢过程、NF-κB结合等,KEGG通路分析显示,芦丁治疗脊髓损伤相关的通路包括PI3K-Akt信号通路、AMPK信号通路、HIF-1信号通路等;(3)分子对接实验和分子动力学模拟表明,芦丁与5个核心靶点均有良好且稳定的结合;(4)体内实验结果显示,脊髓损伤后使用芦丁进行药物干预处理可以降低脊髓的含水量,减少炎性因子和氧化应激因子的产生.上述结果证实,芦丁可以通过多个靶点以及多条通路在治疗脊髓损伤中发挥抗炎和抗氧化作用. 展开更多
关键词 网络药理学 GEO差异基因芯片 芦丁 脊髓损伤 分子对接 体内实验
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m^(6)A相关基因在激素性股骨头坏死中的生物信息学分析 被引量:2
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作者 令狐熙涛 桂佳琦 +2 位作者 梁卓智 瓦庆德 黄帅 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2024年第36期5811-5816,共6页
背景:m^(6)A修饰与股骨头坏死的发生发展相关,但在激素性股骨头坏死中的作用尚不清楚。目的:基于GEO数据库,采用生物信息学方法分析激素性股骨头坏死中表达差异的m^(6)A基因及互作miRNAs,探寻其潜在发病机制。方法:在GEO数据库中检索并... 背景:m^(6)A修饰与股骨头坏死的发生发展相关,但在激素性股骨头坏死中的作用尚不清楚。目的:基于GEO数据库,采用生物信息学方法分析激素性股骨头坏死中表达差异的m^(6)A基因及互作miRNAs,探寻其潜在发病机制。方法:在GEO数据库中检索并下载与激素性股骨头坏死相关的mRNA表达谱数据集(GSE123568),通过R软件对数据集进行差异基因筛选及GO功能、KEGG通路富集分析。识别差异基因中的m^(6)A差异表达基因(m^(6)A-DEGs)并对其进行GO功能与KEGG通路富集分析,比较m^(6)A-DEGs的表达量并分析它们之间的相关性。最后通过Cytoscape构建m^(6)A-DEGs的PPI互作网络及筛选核心基因。使用TargetScan,miRTarBase和miRBD数据库预测m^(6)A-DEGs相关的潜在miRNAs,同时使用ChIPBase及hTFtarget数据库预测7个核心基因潜在转录因子,然后分别构建m^(6)A-miRNA与转录因子m^(6)A调控网络。最后使用数据集GSE74089验证7个核心m^(6)A-DEGs的表达水平。结果与结论:①从数据集中共筛选出2460个差异表达的基因,其中1455个上调,1005个下调。②从数据集中筛选出了14个m^(6)A-DEGs,包括3个下调和11个上调基因,m^(6)A-DEGs在激素性股骨头坏死中的表达具有显著差异(P<0.05),Spearman分析表明它们之间具有一定相关性。③m^(6)A-DEGs的GO和KEGG富集分析主要集中在骨髓细胞分化与发育、免疫受体与细胞因子受体活性、破骨细胞分化、AMPK与白细胞介素17信号通路。④m^(6)A-DEGs前7个核心基因包括YTHDF3,YTHDF1,YTHDF2,ALKBH5,METTL3,HNRNPA2B1及HNRNPC,它们在miRTarBase,miRDB和TargetScan数据库中共有44个miRNA重叠,在ChIPBase及hTFtarget数据库中共有79个重叠转录因子。⑤在GSE74089数据集中有6个核心m^(6)A-DEGs的表达水平与GSE123568数据集一致。⑥结果证实,根据生物信息学方法筛选的7个m^(6)A-DEGs可能通过调控多个miRNA、转录因子和AMPK及白细胞介素17信号通路表达,进而影响激素性股骨头坏死中骨髓细胞分化发育与破骨细胞分化,为进一步深入研究激素性股骨头坏死的发病机制和靶向治疗提供了数据支持和研究方向。 展开更多
关键词 激素性股骨头坏死 m^(6)A甲基化 微小RNA 转录因子 生物信息学 差异基因 基因调控网络 核心基因
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