骨关节炎患者外周血淋巴细胞基因表达谱的生物信息学分析

背景:目前没有监测骨关节炎发生或进展的敏感标志物,检测骨关节炎活动期外周血基因表达谱变化,有助于探寻血液中精确的诊疗靶点及阐释发病机制。目的:通过生物信息学方法分析骨关节炎患者与正常人外周血淋巴细胞基因表达谱差异,从分子层面探索血液中骨关节炎的诊疗靶点,为研究骨关节炎提供新思路。方法:从GEO和ArrayExpress数据库中查找骨关节炎血液相关的芯片数据,并下载GSE63359数据集。筛选样本包括46例骨关节炎患者血液和26例健康人血液,其中女性患者32例(健康女性19例)。用R语言limma包分别筛选出男/女性骨关节炎和男/女性健康人之间的差异表达基因,用ggplot2包绘制火山图,ComplexHeatmap包绘制热图。设定阈值为P<0.05&|log2FC|>0.5获取差异表达基因,然后制作韦恩图,得到8个差异表达基因:MAP2K7、CREBZF、CLK4、TRIM37、IL18RAP、LRRN3、BLNK和MS4A1;通过DAVID对差异表达基因进行GO和KEGG通路分析,并用R语言ggplot2包绘制气泡图。用STRING和Cytoscape软件构件PPI网络,Mcode和centiscape插件进行模块分析,Cytohubba筛选出关键基因。结果与结论:共筛选出差异表达基因115个,其中上调基因16个,下调基因99个,对所有差异表达基因进行GO富集分析主要集中在“淋巴细胞介导的免疫”“体液免疫反应”“抗原受体介导的信号通路”“B细胞受体信号通路”“免疫球蛋白介导的免疫反应”和“吞噬作用的正调控”等生物功能上;KEGG主要富集在5条与骨关节炎相关的通路上:造血细胞谱系、Th1和Th2细胞分化、Th17细胞分化、破骨细胞分化和TNF信号通路。利用PPI网络及相关插件筛选出10个与骨关节炎高度相关的关键基因,其中瘤坏死因子、CD19、转铁蛋白受体、配对框5、丝裂原活化蛋白激酶7、CD24、CD20和B细胞连接器8个核心基因与骨关节炎炎症和细胞凋亡高度相关。提示:通过生物信息学分析发现骨关节炎和健康人的外周血淋巴细胞基因表达差异集中在炎症反应和细胞凋亡,从而使血液表达谱成为监测骨关节炎靶点标记物和研究其潜在分子机制的有效突破口。