文摘
尿毒症是一种常见的综合征,发生在几乎所有终末期肾脏疾病,深刻改变人类基因表达,但相关的途径知之甚少。基因本体论类别和京都基因和基因组途径丰富的百科全书(度)的差异表达基因进行了分析通过使用clusterProfiler, org.Hs.eg。db, Pathview和蛋白质交互(PPI)网络是由Cytoscape。我们确定3432度(包括3368 - 64上调基因),其中有52个不同分子功能,和178个基因被确定为免疫基因控制的四个转录因子(POU域类6转录因子1 (POU6F1)、干扰素调节因子7 [IRF7], forkhead盒D3 (FOXD3)和干扰素刺激响应元素[ISRE])。在性别研究中,没有观察到显著性差异。178年的前15名的蛋白质免疫相关基因与PPI网络的最高学位。尿毒症患者的度分析将提供基本的信息来减轻疼痛和年添加到他们的生活。
1。介绍
全世界超过二百万人遭受慢性肾脏疾病(CKD) [1]。尿毒症是一种常见的综合征,发生在几乎所有终末期肾脏疾病之后,一系列的临床表现,如代谢失调和多器官功能障碍(2]。尿毒症的病因是非常复杂的,主要源于中小学肾小球肾炎、慢性肾盂肾炎,等等3),与严重的免疫系统的改变,及其分子机制是很难找出相比其他单一疾病(4]。几项研究在文献调查个别尿毒症保留溶质的浓度变化(5,6]。多种原因相关的终末期肾脏疾病(ESRD)高度异构(7]。一些遗传nephropathies-including常染色体显性多囊肾病,Fabry疾病,Alport综合征可以进步的迹象(8]。据报道,只有不到10%的成人ESRD被认为是遗传的,主要归因于临床诊断常染色体显性多囊肾病(9]。然而,基因表达的差异在尿毒症患者并不完全理解。腾等人进行了综合生物信息学分析来识别(度)和中心基因的差异表达基因功能和通路的钙化的主动脉瓣疾病的发生和发展10),为尿毒症的治疗提供了一个新的想法。
临床和实验数据表明性别差异存在于肾解剖,生理学、发育和肾疾病易感性(11]。两性异形在肾损伤已经承认自1940年代以来,和可能的性激素的作用集中讨论了在过去的50年12]。甚至更复杂的疾病进展,合成并发症和总体死亡率在CKD的异构性。例如,看来男人表现出更快的肾功能下降和透析前更高的死亡率,但死亡率相对男性和女性之间的平等肾衰竭或透析后(13]。
ESRD增加的情况下,经济负担和透析的痛苦总是观察尿毒症患者,以及他们的照顾者和纳税人。在这项工作中,我们调查了几个方面提供一个接近尿毒症,这将为临床干预措施奠定基础。
2。材料和方法
2.1。数据资源和再加工
最初的数据集GSE37171从基因表达综合下载(GEO)表达数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo),75年由尿毒症20样本和正常样本。原始数据是由矩形近似处理方法从Affy affPLM R程序包,和Perl用于调查ID转换成基因符号,和limma包基因的差异表达分析。微阵列算法的意义分析|日志2(褶皱变化)| = 1,调整 被用来屏幕尿毒症患者和对照组之间的度。产生的热图是gplots包。
2.2。的分析和KEGG度
探索度的分子功能,基因本体论(去)分析是用来注释和说明基因。京都基因和基因组的百科全书(KEGG)是一个全面的数据库,其中包含的信息的高级功能和生物系统大规模分子数据集(14]。软件包,包括clusterProfiler org.Hs.eg。db, Pathview被用于去KEGG富集分析。
2.3。免疫基因的角色在尿毒症
许多疾病与免疫异常有关,但免疫力和尿毒症没有探索之间的关系(15,16]。从免疫学获得超过3000的几种基因数据库和分析门户网站(https://immport.niaid.nih.gov) CIBERSORT (https://cibersort.stanford.edu/),估计是用来发现22的构成类型的免疫细胞。HiPlot是用来显示免疫细胞明显不同。
2.4。转录因子的调控网络
为了研究转录因子(TF)的监管网络的几种基因,利用UCSC_TFBS大卫(v6.8),智人被认为是背景数据库,Benjamini小于或等于0.05作为筛选标准。Cytoscape软件(v3.7.0)被送往地图TF的监管网络。
2.5。蛋白质相互作用网络
字符串被用来选择相互作用的蛋白质,和Cytoscape (v3.7.0)被用来映射PPI监管网络。线的厚度代表合并后的分数,和颜色梯度从蓝色到红色代表增强可靠性。圆的大小和颜色显示的程度的蛋白质可以与之交互。大,红圈了,更多的蛋白质可能与它。
2.6。尿毒症的性别角色
众多研究表明,性别不同的表达模式相同的疾病,比如心血管疾病(17]。理解性别的角色在尿毒症,我们筛选差异基因通过比较健康的男性与男性患者与女性患者和健康的女性,以及健康的男性人口与健康女性和男性患者与女性患者,分别。KEGG各微分分析所涉及的信号通路基因。
3所示。结果
3.1。差异表达基因
GSE37171数据集是标准化获得21629个基因。使用limma分析,3432度进行调查,其中3368个基因(图表达,64个基因表达被抑制上调1)。度是由火山情节,下调的基因占多数,和抑制基因显著差异标记为绿色更比上调基因(图2)。热图解释了正常和病变的个人之间的基因表达差异。的集群度表明,他们至少可以分为四类。这是表明,信使核糖核酸(mRNA)表达谱的尿毒症患者不同于健康人。
3.2。去和KEGG分析
去浓缩度的分析表明,有52个不同分子功能,生物过程和细胞组件。生物的角色去浓缩前15名的结果被显示在图3(一个)。我们可以观察到浓缩主要包括ubiquitin-like蛋白质转移活动,泛素蛋白转移活动,解旋酶活动,磷酸酶活性,泛素蛋白结合,组蛋白绑定,催化活性和作用于RNA。KEGG 3432度的分析显示,有10个通路通过调整过滤P值(小于0.05),如RNA运输、剪接体,信使RNA监测通路,RNA降解,等等(图3 (b))。
(一)
(b)
3.3。在尿毒症免疫基因的作用
总共178度被认为是免疫基因(图4(一))。T测试是用于分析22的差异类型的免疫细胞在正常和尿毒症的样本。结果有显著差异,反映在九个类型的免疫细胞( ),其中浆细胞、CD4记忆T细胞,激活和T细胞监管(亚群;图4 (b))估计被用来分析免疫渗透水平。从图可以看到,估计正常个体相对高水平的免疫渗透和提高免疫分数(图4 (c))。
(一)
(b)
(c)
3.4。TF的监管网络
四TFs (POU域类6转录因子1 (POU6F1)、干扰素调节因子7 [IRF7], forkhead盒D3 (FOXD3)和干扰素刺激响应元素[ISRE]),可以与免疫相关基因被大卫确认分析。POU6F1是POU TF家族的一员,将有利的一种变体八聚物图案(5′-ATGATAAT-3′),导致活动依赖性电路改造18]。IRF7的主要监管机构I型干扰素(IFN)表达式,与IRF3可以形成二聚体,I型干扰素的表达在IRF7受损−−/血浆树突细胞前体(髓)或小鼠胚胎成纤维细胞(mef)在病毒感染19]。FOXD3调节白介素10 (il - 10)启动子促进监管B (Breg)细胞生产的规定(20.]。ISRE有关特定IFNa和IFN-stimulated基因的转录激活因子(21)(图5)。IRF7监管最相关的几种基因(87),至少FOXD3(69),和POU6F1 ISRE,分别为83和84。十四的几种基因控制的四个TFs,这些纤维母细胞生长因子,转化生长因子β受体三世,IL-15,磷酸酶催化亚基3β,核受体亚科3 C组的成员2,膜metalloendopeptidase (VAV3) alpha-methyl -帕拉酪氨酸蛋白磷酸酶催化亚基α,BTB和数控同族体2,phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate 3-kinase催化亚基γ,核受体亚科3 C组的成员1,IL - 1受体辅助蛋白质、B和Cbl原癌基因。
3.5。蛋白质相互作用网络
178年(PPI)蛋白质相互作用网络分析了几种基因的字符串。蛋白质相互作用的信心值设置为0.9。每个蛋白质的程度,提出了圆的大小。圆越大,程度越大。最高的前15名蛋白质学位PPI phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate 3-kinase催化亚基α,lymphocyte-specific蛋白质酪氨酸激酶,phosphoinositide-3-kinase调节亚基1,酪氨酸蛋白激酶(菲英岛),v-rel reticuloendotheliosis病毒致癌基因相同器官,Ras同族体家庭成员,肿瘤坏死因子,c端Src激酶,在b细胞激酶抑制剂kappa光多肽基因的增强剂β,p21蛋白激酶激活2,信号传感器和转录激活1,守恒helix-loop-helix无处不在的激酶,神经母细胞瘤Ras病毒致癌基因同族体,热休克蛋白90α家庭类成员和甲酰肽受体2型(图6)。与此同时,蛋白质在PPI网络的程度也补充材料中所示。
3.6。性别在尿毒症的角色
3302度筛选通过比较健康男性与生病的男性。同样,筛选出了3716人比较健康的女性与女性患者。3057年指出,基因差异表达的男人和女人,和245个基因被局限于男性和女性(图659个基因7)。
4所示。讨论
尿毒症是一种进步的和不可逆转的疾病,仍然是无法治愈的,尽管透析和肾移植。在这项研究中,我们分析了3432度,包括基因表达下调基因3368和64上调。随后,我们利用生物信息学方法深入探索度,包括去KEGG通路富集分析,PPI网络建设、和目标基因。去KEGG通路进行了分析探索度之间的相互作用,包括前15名浓缩和十大通路富集。提出了尿毒症的病因很复杂(7周),应(22)验证终末期肾功能衰竭在人类基因表达深刻的变化。
在ESRD患者,两ESRD患者死亡的主要原因,心血管疾病和感染,都是与受损的免疫反应(2,23,24]。激活T细胞、单核细胞和巨噬细胞在动脉粥样硬化斑块的形成扮演关键角色(25]。在目前的研究中,共有178度被认为是免疫基因,和九个类型的免疫细胞在正常22类型之间的显著差异,尿毒症的样本。T细胞和B细胞的内在功能正常时配备正常信号从抗原递呈细胞(apc) [26]。慢性肾功能衰竭患者显示APCs-derived聚集有关的功能缺陷导致受损的激活效应淋巴细胞(27]。换句话说,装甲运兵车异常不能有效地激活T细胞和B细胞,浆细胞减少尿毒症病人。单核细胞前体细胞树突细胞,一群专业和高效的装甲运兵车在免疫系统28]。慢性肾功能衰竭患者,以及这些处理维护血液透析,单核细胞在很大程度上是(特异表达29日]。单核细胞的特异表达的免疫反应的贡献尿毒症可以基于单个细胞或改变的特性变化的相对数量三个不同人群(30.]。回顾得出结论,CKD患者静息循环中的单核细胞有激活水平高于健康人(29日),这与目前的结果是相一致的,尿毒症活动单核细胞的数量明显高于正常。是可能的状态,病人的免疫渗透水平相对较低,和免疫和尿毒症之间的关系阐述了31日]。在我们的研究中,正常的人就相对高水平的免疫渗透和提高免疫分数;这些结果与历史的发现。肾功能衰竭导致减少红细胞生成素(由肾小管间质细胞分泌)和维生素D生产,这不利影响免疫系统(31日]。免疫相关基因受四个TFs (POU6F1, IRF7、FOXD3 ISRE)和前15名蛋白表达程度最高的识别在PPI网络可以提供重要的信息变化,细胞生物学和功能(32]。筱原等人研究,肾功能衰竭与主动脉脉搏波速度的增加,不管性别,这是符合我们的研究(33]。然而,男人开始透析更可能在死亡之前,和因果机制是不确定的34),也许被认为是来自遗传,收入,和角色。研究披露,在动物和人类身上显示了男性之间的连接和更快速的肾脏疾病的进展,独立于血压和血清胆固醇水平(35]。
5。结论和展望
总之,我们确定了3432度尿毒症患者与健康人相比。178年的几种基因选择建立TFs和PPI网络的监管网络。表达水平的度是根据GSE37171初步检测到数据集。我们的研究表明,度可能导致尿毒症的发展通过调节生物过程,分子功能,信号通路独立的性别。在未来,我们希望能找到几种有前景的分子标记对肾脏疾病。但是,只有一小部分是评估在不同样本的数量。验证其临床实用工具,研究在一个大代表的人口需要特定的肾脏疾病。
数据可用性
这篇论文使用的数据可以从原始数据集GSE37171,下载http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geohttps://cibersort.stanford.edu/index.php。
的利益冲突
作者(年代)(s)宣称他们没有利益冲突。
确认
作者要感谢春晖项目长治医学院(QDZ201918),山西省基础研究项目(20210302123382),和科技创新项目的学院和大学山西(2021 l532)。
补充材料
这个补充信息包括3432个差异表达基因的详细信息,程度数据,和免疫相关基因受四个转录因子。(补充材料)