文摘

背景。作为一种慢性疾病,骨关节炎已经造成了很大的麻烦,中年人和老年人的健康。研究表明,氨基葡萄糖(GlcN)可以用来减轻进展和改善这种疾病。基于这一观点,我们试图验证GlcN和骨关节炎之间的联系,找到更有效的生物标志物。方法。我们下载了GSE72575从GEO数据库数据集,并使用R语言执行度分析样品的基因表达谱。接下来,去函数和KEGG信号通路通过大卫的数据库进行了分析,然后,KEGG途径丰富基于GSEA基因集中进行了分析。然后,PPI网络的度构建了基于字符串的在线数据库,最后,中心基因被Cytoscape选择。结果。三个GlcN-treated MH7A细胞治疗组和3对照组GSE72575数据集进行了研究。通过分析,有52度在这些样品。然后,通过去,KEGG GSEA,内质网应激调节内在凋亡信号通路,FoxO信号通路,JAK-STAT信号通路,PI3K-Akt信号通路,及信号通路,ECM受体相互作用参与了骨关节炎发病机制的监管机制。之后,中心的白细胞介素6基因和DDIT3 PPI网络建设和分析来确定的。并发现白细胞介素6低表达组中与GlcN-treated MH7A细胞,而DDIT3高度表达。结论。上述结果提供依据GlcN参与治疗骨关节炎和寻找有效的治疗靶点的可能性。

1。背景

骨关节炎是一种进步的慢性疾病,也称为退化性关节炎、老年性关节炎,和肥厚性关节炎(1]。至于类型的疾病,它可分为原发性骨关节炎和继发性骨关节炎(2]。前者是在中年和老年人更常见,主要表现为关节疼痛、僵硬、肿胀、畸形等由于关节软骨损伤。后者是基于原始损伤和骨关节炎病变可以发生在年轻的成年人。据统计,80%到90%的70岁的人口患有不同程度的骨关节炎,和心血管疾病的发病率远远超过(3]。目前,骨关节炎的病因和具体的发病机制尚不清楚,但这是承认有一定关系随着年龄的增长,体重、遗传学、职业等。4]。临床上,通常以减少关节的重量和被过度抑制疾病的过程和大型运动(5]。可以使用药物治疗,早期和后期主要依靠手术治疗。有针对性的治疗后大多数患者是可以恢复的,但少数患者的预后并不乐观。目前的研究已经证明,葡萄糖胺是有效治疗骨关节炎,长期使用可以缓解症状和改善身体机能6]。因此,它是非常重要的,以确定骨关节炎的分子生物标志物和氨基葡萄糖调节骨关节炎的潜在的分子机制。

氨基葡萄糖(GlcN)是天然氨基单糖所必需的人类关节软骨蛋白聚糖的合成矩阵(7]。广泛存在于自然和人体也可以合成的。GlcN可以用来修复关节软骨,促进关节滑液,有效减少摩擦的节理面8]。它还可以发挥抗炎效果,减少关节疼痛,改善关节功能,有效预防骨关节炎的发展(9]。

微阵列,也称为寡核苷酸阵列,是人类基因组计划的逐步实施和分子生物学的快速发展和应用10]。的集成微电子学、生命科学、计算机科学和光电化学基因组革命的主要技术之一。微阵列分析可以快速识别所有基因表达在任何时间点和适用于筛选差异表达基因(度)11]。具有重要意义对人类探索生命的奥秘,揭示疾病的本质和人类基因组计划的实现。

我们应用微阵列分析研究,通过R语言识别度。然后,基因本体论()函数和京都基因和基因组百科全书(KEGG)通路富集分析注释的使用数据库执行度,可视化和综合发现(大卫)。接下来,基于基因集富集分析(GSEA),丰富KEGG基因中设置GlcN-treated MH7A细胞群进行了分析。之后,检索的搜索工具相互作用基因(字符串)数据库被用来构建蛋白质相互作用(PPI)网络来识别基因中心。上面的方法被用来验证GlcN骨关节炎治疗的作用,找到相关有效的生物标志物。

2。材料和方法

2.1。微阵列数据

我们下载了GSE72575基因表达的基因表达数据集综合(GEO)数据集(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)和保存它的形式系列矩阵文件(12]。三个GlcN-treated MH7A细胞治疗组和3 MH7A细胞对照组被用于这项研究。

2.2。数据预处理和度筛选

GSE72575中的数据预处理,探头通过R语言进行了注释。 度作为筛选条件,最终的结果表达形式的热量地图。

2.3。函数和KEGG通路富集分析

去分析用于研究函数的大规模基因组或转录组数据,包括生物过程(BP)、蜂窝组件(CC)和分子功能(MF)。其中,英国石油(BP)被用来解释基因参与的生物学过程,CC是用来解释基因存在,和MF被用来解释的功能基因在分子水平上。KEGG注释的基因本身的功能和分析基因参与的各种途径。大卫(http://david.ncifcrf.gov/)是一个数据库系统和综合分析大型基因列表(13]。在这项研究中,大卫是用于分析度的函数和KEGG通路。当 ,它被认为是具有统计学意义。

2.4。GSEA

GSEA (https://www.gsea-msigdb.org/gsea/index.jsp)用一组预定义的基因排序基因根据微分表达式的程度在两种类型的样本,然后检查是否预定义的基因集富集排序表的顶部或底部。在这项研究中,GSEA被用来识别丰富KEGG基因中设置GlcN-treated MH7A细胞组。

2.5。PPI网络的度

字符串数据库(https://string-db.org/)是通常用于集成各种蛋白质之间的关系。我们使用这个数据库构建PPI网络图的度和中心选择基因我们需要使用Cytoscape从网络图。基因与 被定义为中心的基因。

3所示。结果

3.1。度数据分析

在分析中的样品信息GlcN-treated MH7A细胞治疗组和MH7A细胞对照组GSE72575数据集,共52度,包括26个调节基因和26个基因表达下调。十大最重要度DIO2, SPX, GABRG1, SNORD54, MIR21, IL20RB, asn, GPR1, RNVU1-15和BMP5分别。图1显示的表达分布度的两套样品。


图1
度的热图GSE72575数据集。红色代表upregulation度,度的差别和蓝色代表对这些。表达强度值来自于基因表达水平分析了R软件。
3.2。函数和KEGG通路富集分析

在分析函数和KEGG通路富集度通过大卫数据库,我们在数据显示结果2(一个)和2 (b)。去分析,度主要富集在PERK-mediated展开蛋白质反应,长链脂肪酸进口,调节细胞增殖、积极的监管统计级联,以英国石油(BP)等,只有在CC -复杂。在MF,度在氨酰连接酶活动丰富,细胞因子受体结合,细胞因子的活动,等等。在KEGG信号通路,我们分析了度在cytokine-cytokine受体相互作用,大大丰富了氨酰生物合成,造血细胞谱系,FoxO, JAK-STAT, PI3K-Akt,及信号通路,AGE-RAGE信号通路在糖尿病并发症。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
的富集分析函数和KEGG度的信号通路。(一)分析。蓝色代表MF(分子功能);灰色代表CC(蜂窝组件);橙色代表英国石油公司(生物过程)。(b) KEGG富集分析。
3.3。GSEA

图3展示了丰富KEGG GSEA的结果,其中红色部分是核心基因高表达。也可以看到数据3(一个)- - - - - -3 (f)的基因GlcN-treated MH7A样本丰富6监管途径,即ECM受体相互作用,补充凝血级联,蛋白酶体,剪接体,粘着斑,nod样受体信号通路。

(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
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(e)
(e)
(f)
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图3
GSEA。结果表明,(a) ECM受体相互作用,(b)补充凝血级联,(c)蛋白酶体,(d)剪接体,(e)粘着斑和(f) nod样受体信号通路显著富集在GlcN-treated MH7A细胞。
3.4。PPI分析

度的PPI网络图如图4含有19个节点和17边缘。黄色节点,即白细胞介素6、DDIT3是确定的两个中心基因与其他基因有高度的相关性,下一步是分析和研究这两个基因。它可以看到从图的箱线图5这两个中心基因的表达是不同的治疗组和对照组。其中,治疗组的白细胞介素6的表达水平GlcN-treated MH7A细胞明显低于对照组的MH7A细胞。相反,表达水平的DDIT3 GlcN-treated MH7A样本明显高于对照组。


图4
度的PPI网络图。节点代表蛋白质,边代表这些蛋白质之间的相互作用。
(一)
(一)
(b)
(b)
图5
表达式的分析中心的白细胞介素6基因(a)和(b) DDIT3 GSE72575数据集。

4所示。讨论

骨关节炎是一种慢性疾病,常发生在老年人(14]。在严重的情况下,它会引起并发症,如肌肉萎缩和关节畸形(15]。骨关节炎患者在早期阶段,疾病可以通过服用抗炎、镇痛药物(松了一口气16]。在后期,只有药物治疗不能达到预期的治疗效果。如果有必要,仍然需要手术治疗(17]。但目前,我们只知道遗传学、肥胖、炎症、创伤,和其他因素会导致疾病,和具体的发病机制仍不清楚18]。以前的研究已经表明GlcN通常用于治疗骨关节炎患者(19]。因此,本研究的主要目的是验证GlcN之间的关系和骨关节炎骨关节炎和找到有效的生物标志物。

本研究的背景是基于GSE72575数据集。我们选择3 GlcN-treated MH7A细胞治疗组和3 MH7A细胞对照组。在分析样本中的信息通过R语言,52度。之后,我们分析了浓缩度去使用大卫KEGG数据库中,发现在术语,这些度显著富集PERK-mediated展开蛋白质反应,长链脂肪酸进口,内质网应激调节内在凋亡信号通路,-复杂,氨酰连接酶活性,细胞因子受体结合,阴离子通道活动,等等。Hosseinzadeh等人的研究提到,活性氧破坏软骨内稳态通过氧化应激,导致细胞死亡,并促进分解代谢。这个过程是骨关节炎的主要原因。然后,看到的是细胞凋亡信号通路参与了骨关节炎的生物过程20.]。KEGG信号通路,我们分析了在FoxO度明显丰富,JAK-STAT, PI3K-Akt,及信号通路,等。马等人的研究分析了监管的角色FoxO信号通路在骨细胞功能和证实FoxO在骨细胞功能障碍会导致骨关节炎、骨质疏松症等骨骼疾病(21]。Malemud和克罗认为,炎性细胞因子水平的增加的一个原因导致风湿性关节炎的进展和骨骼和关节说话。研究发现,炎性细胞因子激活多种信号通路,包括JAK / STAT信号通路。因此,证实该信号通路参与了骨关节炎的发生和发展22]。太阳等人采取PI3K / AKT的角色/ mTOR信号通路在骨关节炎为研究目标,讨论和总结了这一信号通路的作用在疾病发展和治疗23]。不仅如此,方舟子等人探讨和分析的作用及信号通路在骨关节炎的发生和发展,相信这一信号通路与骨关节炎的发生“冲突”现象(24]。

然后,我们分析了丰富KEGG基因集GlcN-treated MH7A样本根据GSEA和发现这些基因与ECM受体相互作用有关,补充凝血级联,蛋白酶体,剪接体,粘着斑,nod样受体信号通路。Theocharis等人介绍ECM在骨关节炎的作用和途径,纤维化,癌症和遗传性疾病,和其他疾病,因此它可以证明ECM受体相互作用之间有一定的联系和骨关节炎25]。Mianehsaz等人在研究发现骨髓间充质干细胞的作用外显子治疗骨关节炎、软骨破坏,和损失的细胞外基质的重要因素在影响骨关节炎的发生26]。

之后,度的PPI网络图是由字符串数据库,和两个中心基因被确定,即白细胞介素6和DDIT3。这两个基因的表达水平在两组样本进行了分析之后,结果显示,白细胞介素6表达高MH7A细胞对照组,而DDIT3表达更高的GlcN-treated MH7A细胞组。DDIT3参与脂肪形成和红细胞生成,激活内质网压力,和促进细胞凋亡27]。这个基因与染色体16付或染色体融合22 EWSR 1产生嵌合体蛋白质在黏液样脂肪肉瘤或尤文氏肉瘤(28]。它通常表现在黏液样脂肪肉瘤和脂肪肉瘤29日]。虽然没有研究证明的效力这两个基因在骨关节炎的发病机制,我们的研究表明,白细胞介素6和DDIT3可以作为基因和调节基因表达下调GlcN-treated细胞,分别。GlcN可能有一个特殊的角色在骨性关节炎的进展通过调节这两个基因的表达。本研究仍有局限性。首先,表达谱度需要临床样本验证了。其次,需要进一步的实验研究证实枢纽的功能基因在骨关节炎。

简而言之,在分析两组样本在GSE72575数据集,共52度确定。ECM受体相互作用和信号通路包括内质网应激内在凋亡,FoxO, JAK-STAT PI3K-Akt,及所有相关通过富集分析骨关节炎的发病机制。白细胞介素6基因,最后,我们确定了两个中心和DDIT3,白细胞介素6,发现在MH7A low-expressed细胞GlcN对待,而DDIT3高度表达。上述结果证实GlcN参与了骨关节炎的治疗和为骨关节炎提供了找到有效的生物标志物的可能性。

数据可用性

和/或使用的数据集分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

没有报告的作者潜在的利益冲突。

作者的贡献

无非刘董和小李同样起到了推波助澜的作用。