功能模块化的网络标识术前吸入麻醉的关键基因和非冠状动脉旁路移植静脉麻醉

文摘

非冠状动脉旁路移植术(OPCABG)是一种有效的血管再生的策略。由于手术术前麻醉出现临界不稳定和器官损伤的风险。这项研究中,基于网络功能模块,分析术前吸入麻醉的效果和静脉麻醉OPCABG和主分析其潜在的药物监管机构执行。我们获得的微阵列数据的七氟醚麻醉和异丙酚麻醉地理数据库和分析两组数据之间的差异,导致5701年和3210年微分基因构造矩阵的表达式。七氟醚麻醉WGCNA分析表明,集群为7功能障碍模块,包括PDCD6IP WDR3,和其他核心基因;异丙酚麻醉集群形成两个功能障碍模块,包括KCNB2和LHX2,两个核心基因浓缩功能和感兴趣的途径的分析表明,两种anesthesia-related模块相关的基因倾向于功能通路和离子跨膜运输。底层机制可能是有针对性的监管transmembrane-associated生物过程和离子通道的每个模块的核心基因影响手术过程。主分析潜在的药物监管机构披露229潜在七氟醚麻醉药物,手术,其中锌调节三个功能障碍模块通过AHSG F12,等,和67年的潜在药物异丙酚麻醉手术,其中异丙酚、美沙酮、丁丙诺啡,调节两个功能障碍模块通过四个基因,CYP2C8, OPRM1 CYP2C18, CYP2C19。本研究在临床使用提供指导或治疗通过比较两种麻醉手术的影响及其潜在药物。

1。介绍

目前,非冠状动脉旁路移植术(OPCABG)是一种创新的技术在心脏手术。近年来,人口老龄化,增加手术的风险和改进的技术有助于OPCABG的复苏1]。OPCABG可以减少术后并发症如系统性炎症反应,心肌损伤,肾脏损伤,脑损伤(2]。目前,它是现代心脏手术的最佳选择。老年人手术后的死亡率和中风率极低,这表明冠状动脉疾病的手术是安全管理的选择在这个人口(3]。然而,在操作期间,病人需要麻醉。因此,选择什么样的麻醉是非常重要的。常见的方法有吸入麻醉、静脉麻醉,七氟醚麻醉,异丙酚麻醉。而propofol-based总静脉麻醉(TIVA),七氟醚麻醉减少心脏生物标记释放和住院。它还可以减少死亡率与CFG [4]。这可能是由于这一事实七氟醚能更好地保护心肌在心脏手术(5]。七氟醚麻醉诱导的特点在先天性心脏病是相似的。七氟醚诱导公差技术好,适合儿童先天性心脏病(6]。七氟醚麻醉虽然有许多优点,手术后七氟醚暂停使用时,有节奏的心分离恢复窦性心律。有时,它可能导致房室传导障碍,导致节奏心律失常(7]。另一个常见的麻醉剂异丙酚。它可以快速诱导和迅速消除短期的行动,顺利恢复的麻醉,很少有副作用。因此得到了广泛的应用。它比催眠药物更有效、无害的8]。异丙酚也被认为是最好的麻醉剂的选择实验比较两种麻醉方法的恢复时期(9]。异丙酚也连续静脉镇静批准。外科临床研究表明,异丙酚的组合和阿片类药物是一个合理的麻醉选择(10]。OPCABG手术与淋巴细胞减少。异丙酚麻醉与保护作用优于七氟醚维持麻醉(11]。当涉及到两种麻醉方法之间的差异,研究人员有许多不同的意见。当然,有些人认为没有区别存在于心肌保护七氟醚麻醉或OPCABG异丙酚麻醉手术后(12]。尽管propofol-induced麻醉可以减弱心脏压力反馈通路和前馈通路可以免疫麻醉(13),我们仍然没有结论的使用两种麻醉方法。进一步调查两种麻醉方法之间的差异,我们进行了一项研究调控的分子机制。

在这里,我们分析了术后吸入麻醉、静脉麻醉的影响非冠状动脉旁路移植基于功能模块化网络,探索潜在的分子机制。

2。材料和方法

2.1。差异表达分析

我们收集的表情微阵列数据集吸入麻醉和冠状动脉旁路移植前静脉麻醉从NCBI基因表达综合(GEO)数据库(14)、GSE4386编号和执行收集疾病样本的方差分析(包含白介素23;没有白介素23)使用R语言limma包(15]。与阈值 ,显著差异表达的基因。最后,共有6699个差异基因,包括2212个常见基因,3489七氟醚麻醉的具体差异基因,为异丙酚麻醉998个差异表达基因。我们用两套构造一个表达谱矩阵微分基因nonexternal冠状动脉旁路移植。

2.2。Coexpression分析

WGCNA [16)两组微分表达谱,分别集群类似或相同的基因组成一个模块,也称为功能障碍模块,为了探索协同表达两组差异基因的关系。两组数据在本研究无标度网络,相关系数可以用于聚类分析。首先,基因之间的相关系数是送到了^th权力的相关系数加权,系数之间基因的人。然后,结果人都聚集系数获得聚类树。集群的各个分支树指各种功能障碍模块,不同的颜色代表不同的模块,和基因相同的部门有很强的相关性。有许多基因在每个模块中,我们提取这些基因与相对较大的监管权力关键基因功能模块的功能障碍。七个关键基因获得七氟醚anesthesia-related模块,即PDCD6IP DNAH10, WDR3, PROP1, ASCL2 LRRC2-AS1, SDC3。此外,模块的两个关键基因与异丙酚麻醉KCNB2 LHX2,分别。因此,我们认为,这些核心基因参与的分子调控nonexternal冠状动脉旁路移植术的麻醉。

2.3。功能和通路富集分析

探索功能涉及基因和信号通路往往是研究疾病的分子机制的有效手段。我们进行了功能和KEGG通路富集分析差异表达基因的七个七氟醚麻醉功能失调有关,两个功能障碍模块与异丙酚麻醉。浓缩的去分析函数和KEGG通路使用clusterProfiler包R语言(17,18),与阈值 。通过数据的角度来看,我们感兴趣的过滤功能和路径,与多个模块和交互绘制泡沫地图基于计数的值模块之间的行为。本研究筛选15有趣的功能和通路,ggplot2用于R语言泡沫地图显示。泡沫的大小显示代表函数的计算值和路径。价值数越大,潜在的效果越明显,而色彩是指其LogFC价值。

2.4。药品监管的模块化基因的识别

进一步加强两个麻醉手术的影响,我们进行了pharmacomodulator预测分析的功能模块。比较两种不同麻醉方法对操作的影响和作用机理的叶子指导临床应用。的关键分析药物补充的影响在麻醉的手术将提供一个更好的理解的影响对麻醉药物。我们计算每个模块的浓缩目标重要性的基础上,超几何测试( , )并获得药物相关的模块。数据输入Cytoscape module-drug网络图。229年七氟醚麻醉药物与潜在的影响。我们选择相关的药物和模块对网络监管。此外,还有67种药品与潜在影响异丙酚麻醉的操作。我们有一个潜在的药物之间的相互作用网络图的模块之间的交互这67模块和药物。

2.5。药物靶基因的潜在作用

之后分析模块和药物之间的相互作用,我们不知道监管目标基因,因此我们需要分析目标基因。本研究基于主元分析的药物和模块和检查目标基因的药物作用在DrugBank数据库中,与阈值 。七氟醚麻醉我们解释药物与潜在影响和异丙酚麻醉以及他们的目标基因的关系列表Cytoscape Module_Drug_TargetGene管理网络图。当构建Module_Drug_TargetGene监管网络地图的交互七氟醚麻醉的手术,我们选择zinc-related交互关系映射。

3所示。结果

3.1。时间序列的表达分子特异表达为非冠状动脉旁路移植术后麻醉

首先,我们构造下OPCABG的基因表达谱两个麻醉和分析为进一步理解的差异效应的非冠状动脉旁路移植术的麻醉。七氟醚麻醉导致5701个差异基因从冠脉搭桥和3210个差异基因异丙酚麻醉CABG手术。两组差异基因的维恩图显示6699个差异基因由2212共享基因,七氟醚麻醉3489具体,998具体异丙酚麻醉(图1)。

3.2。识别功能模块网络

进一步解释的影响两种麻醉方法对非冠状动脉旁路移植术,WGCNA分析的基础上,我们构建了7功能障碍使用七氟醚anesthesia-specific微分基因(数据模块2(一)和2(b))。两个功能障碍模块是由特定的差异基因的异丙酚麻醉(数字2(c)和2(d))。此外,我们确定了模块的中心调控基因的基因功能障碍模块(表内1和2)。然后,我们分析了各种效应的关键基因在两种麻醉情况下,参与不同的功能和OPCABG通路。

3.3。功能和途径参与感兴趣的基因

为了进一步了解功能性障碍的生物学特性模块,我们进行了功能和KEGG通路富集分析两个功能模块的网络。七氟醚anesthesia-related模块基因参与了371细胞组成条目,680分子功能而言,2567生物过程和128信号通路(数字3(一个)和3 (b))。根据功能分析,我们发现相关功能模块支持多种生物学过程相关功能,包括axonogenesis、离子转运体活动,调节神经递质水平,PI3K-Akt信号通路。此外,异丙酚anesthesia-related模块84细胞基因组件条目,179分子功能方面,648生物过程,15个信号通路(表2 - 2,图3 (c)和3 (d))。我们观察到的相关功能模块主要涉及离子通道和跨膜运输,如金属离子跨膜转运活动,渠道活动,中的被动跨膜转运活动,刺激神经组织的互动。这些信号通路已被证明是相关的开发和进展OPCABG麻醉。

3.4。对OPCABG组麻醉药物与潜在的影响

pharmacomodulator预测分析功能进行了模块化的基因的两个麻醉手术的影响。根据监管模块的数量值< 0.05,229年取得了七氟醚麻醉药物与潜在影响(计划3 - 1,图4(一)),锌显著参与三个模块的规定。此外,67年对异丙酚麻醉药物与潜在影响手术(计划3 - 2,图4 (b)),其中异丙酚、美沙酮和丁丙诺啡,参与监管的两个模块。大多数药物可以有一定的辅助或阻塞性影响麻醉与某些对手术的影响。

3.5。药物靶基因的潜在作用

基于主元分析的药物,药物作用的目标基因通过DrugBank追溯到数据库与阈值 。Module_Drug_TargetGene监管关系表的目标基因和药物与潜在影响,七氟醚麻醉和zinc-related交互选择建立一个监管网络图(图5(一个))。图表明,锌影响通过AHSG OPCABG的恶化,F12和其他基因调节功能障碍模块。此外,Module_Drug_TargetGene监管网络目标基因和药物与潜在影响异丙酚麻醉手术(计划4 - 1、图获得的5 (b))。

4所示。讨论

冠状动脉血管疾病已经成为全球面临的一个问题,常见的治疗冠状动脉搭桥手术(CABG)。仅在美国,每年大约有500000在冠脉搭桥患者需要。OPCABG冠脉搭桥的一种形式。据统计,由于其在手术中血流动力学异常(19),只有20%的冠脉搭桥手术现在nonextracorporeal循环下进行。OPCABG已经表现出一些优势,特别是在减少术后并发症如系统性炎症和心肌和脑损伤(20.,21]。急性肾损伤)也是OPCABG常见的术后并发症之一,这可能与氯自由基试管受精(22]。OPCABG手术前我们需要麻醉的患者,麻醉也可能会导致意想不到的体温过低,这可能是另一个围手术期心血管并发症(23]。因此,选择合适的麻醉方法是非常重要的。

在这项研究中,典型的麻醉方法选择:七氟醚麻醉和异丙酚麻醉。两种麻醉方法对OPCABG的影响进行了研究,基于功能模块网络。七氟醚麻醉我们获得的微阵列数据(吸入麻醉)和异丙酚麻醉(静脉麻醉)从GEO数据库,分析了两组不同的数据,分别分别获得5701和3210个差异表达基因。我们相信,这些差异基因功能失调的分子。然后执行WGCNA分析两组差异基因,七氟醚麻醉和七个模块功能障碍是通过集群,包括PDCD6IP WDR3,和其他核心基因;异丙酚麻醉集群获得两个功能性疾病模块包括两个核心基因,KCNB2 LHX2。在获取功能模块后,行动的机制不能完全解释,所以进一步浓缩的分析功能和感兴趣的途径是必要的。去浓缩七氟醚anesthesia-related模块的分析基因发现它主要集中在生物过程如阴离子逆向转运活动,和KEGG浓缩分析发现它主要是PI3K-Akt相关信号通路。的浓缩与异丙酚麻醉相关的基因分析显示,它主要集中在生物过程,如渠道活动。KEGG浓缩分析发现它主要是相对与等离子体中的刺激神经组织的交互途径。 In addition, through the coexpression network, some scholars have found that anesthetics may protect the heart by activating the complement and coagulation system [24]。仍有一些争议两种麻醉方法对手术的影响。一方面,临床数据表明,七氟醚可以减少死亡后180 - 365天内手术与正性肌力和血管收缩的心脏指数(支持用最小的影响25]。也可以贴上敏感的生物标志物mir - 499和mir - 208 b (26]。另一方面,研究表明,异丙酚麻醉疝的30%改善血流动力学稳定,减少病人的去甲肾上腺素的要求(27]。当然,一些新的麻醉方法现在可用,如remifentanil研究,恒速输注,胸部硬膜外麻醉(EA),术后硬膜外注入(EI) [28,29日]。在操作期间,经常使用药物,我们分析了两种麻醉方法的潜在药物,为临床使用提供指导。主元分析潜在的药物监管机构的研究表明,有229七氟醚麻醉操作的潜在药物和锌监管三个功能障碍通过核心基因如AHSG和F12模块;主分析潜在的药物监管机构显示67年在异丙酚麻醉手术潜在的代理,包括异丙酚、美沙酮、丁丙诺啡,调节两个功能障碍模块通过四CYP2C8基因,OPRM1 CYP2C18, CYP2C19。本研究在临床使用提供指导或治疗通过比较两种麻醉手术的影响及其潜在药物。

数据可用性

与这相关的数据可以从GSE4386访问手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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