文摘
背景。越来越多的证据表明,肥胖会影响骨关节炎(OA)的发生和发展。然而,潜在的分子机制,肥胖影响OA的课程并不完全了解,还有待研究。方法。GSE117999和GSE98460的基因表达谱数据集来自基因表达综合(GEO)数据库。首先,我们研究了肥胖和OA之间的关系用卡方检验。接下来,加权基因coexpression网络分析(WGCNA)执行识别OA患者肥胖,肥胖(OA)相关基因在GSE117999数据集“WGCNA”包。此外,微分表达式分析选择中心基因“limma”包。此外,创造力通路分析(IPA)和功能富集分析(“clusterProfiler”包)进行调查的功能基因。最后,监管中心基因和蛋白质相互作用网络(PPI)网络是由Cytoscape 3.5.1软件和字符串。结果。肥胖OA-related共有15个差异表达基因,包括9 lncRNAs和6蛋白的编码基因,检测到66个差异表达基因重叠(度)之间的正常BMI和肥胖OA样本和样本451肥胖OA-related基因。此外,CCR10, LENG8 QRFPR, UHRF1BP1, HLA-DRB4被确认为中心的基因。出来结果表明,中心基因明显富含抗菌反应,炎症反应,体液免疫反应。PPI网络显示CCR10更多的互动与其他蛋白质。基因集富集分析(GSEA)表示,中心基因相关蛋白翻译、癌症、染色质修饰,抗原处理和显示。结论。我们的研究结果进一步证明了OA肥胖的作用,可能为治疗肥胖OA提供新的目标。
1。背景
骨关节炎(OA)是一种系统性的关节疾病,其特征是关节功能障碍以及慢性残疾。病理表现是内在的变性软骨负重室,其中包括透明关节软骨的结构变化,软骨下骨、韧带、关节囊、滑膜、和周围的肌肉。软骨变性是终末期疾病的迹象1]。膝关节OA的发病率是10% - -60%在美国,其中约13%是女性(2]。尽管OA包含药物的临床治疗,物理疗法,运动疗法,他们还没有达到很好的治疗效果。因此,对OA尤其需要开发新的治疗靶点。
肥胖是指体内脂肪过度堆积,导致疾病,超过正常体重,这是密切相关的各种疾病(3]。肥胖和OA是世界上两个常见的健康问题。最新研究表明,肥胖影响OA的发生和发展4- - - - - -7]。此外,它已经表明,肥胖是一个OA的风险元素,尤其是负重关节(8]。然而,这种关系并不解释nonweight OA关节轴承,例如,手OA和肩膀OA。此外,代谢炎症引起的肥胖被认为是一个关键因素在OA的发病机制9]。另一方面,肥胖也会影响葡萄糖耐量的规定和脂肪代谢通路,导致骨硬化,软骨基质破裂,或办公10]。此外,脂肪组织可以影响办公自动化的过程,因为它可以代谢活性介质的主要来源的细胞因子,趋化因子,发病11]。已经提出发病如脂联素和瘦素参与炎症和免疫反应的调节软骨。炎性细胞因子释放的脂肪组织会调节软骨,最终抑制蛋白多糖的合成和II型胶原蛋白通过激活其他细胞因子和基质金属蛋白酶的生产前列腺素(12]。因此,炎性细胞因子释放的脂肪组织发挥关键的作用,软骨基质降解和OA的骨吸收。然而,肥胖的潜在的分子机制OA患者肥胖(OA)还不清楚。
在这项研究中,我们旨在探索肥胖的分子机制OA综合生物信息学分析。首先,我们比较了BMI值和OA之间的关系。接下来,加权基因coexpression网络分析(WGCNA)肥胖OA-related基因进行筛选。此外,创造力通路分析(IPA)和功能富集分析进行调查的功能基因。因此,这项研究可能为肥胖的预防和治疗OA提供参考。
2。材料和方法
2.1。数据采集
OA-related数据集(GSE117999和GSE98460)从基因表达综合下载(GEO)数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo),包括转录数据和临床信息。GSE117999数据集包括12个膝盖软骨的样本OA患者和12个膝盖软骨关节镜部分半月板切除术患者的样本(控制样本),而GSE98460数据集包含20胫骨平台软骨的肥胖OA和样品3 nonobesity OA的胫骨平台软骨。
2.2。肥胖和OA的关系
探索肥胖和OA的关系,我们比较了不同年龄、性别和体重指数与OA non-OA病人通过结合GSE117999和GSE98460数据集的数据使用卡方检验。
2.3。基因集富集分析(GSEA)
认识到与肥胖相关的微分信号通路OA, GSEA GSE117999数据集使用的执行“clusterProfiler”R包(13]。 和 被认为是具有统计学意义。
2.4。加权基因Coexpression网络分析(WGCNA)
WGCNA在R(由“WGCNA”包14]。首先,我们选择的样品,包括正常和OA样本,与体重指数的值大于27 GSE117999肥胖病人的数据集。接下来,肥胖基因表达矩阵是WGCNA提取样品。随后,样本聚类分析进行删除离群样本通过hclust函数。此外,任何两个基因表达相关性分析了皮尔逊相关分析,至少和加权系数0.8。此外,我们改变了矩阵的表达相关性成邻接矩阵,邻接矩阵是转化成重叠拓扑矩阵(汤姆)用来评估任何两个基因之间的互连。最后,计算相应的不同(汤姆)确认分层集群节点模块,模块和类似的表达模式被动态树切割算法分割。
模块与模块之间的相关系数的绝对值最高eigengene(我)和临床特征 被定义为关键模块。此外,关键基因与相关系数的绝对值超过0.6关键模块的选择和定义为肥胖OA-related基因进行后续分析。
2.5。识别差异表达基因(度)
“limma”包是用来识别度正常BMI样本和肥胖之间的OA GSE117999数据集,和阈值设置为标准 和值< 0.05 (15]。热图和火山块度是由“pheatmap”包和ggplot包(16]。此外,维恩图采用屏幕的肥胖OA-related差异表达基因重叠度和肥胖OA-related基因。
2.6。肥胖OA-Related验证表达式的差异表达基因
验证肥胖OA-related差异表达基因的表达水平,log-rank测试和箱形图被用来比较这些蛋白质编码基因的表达水平正常和肥胖之间OA non-OA肥胖和肥胖之间的样品和OA GSE117999数据集的样本。此外,我们也比较了正常BMI样本和肥胖之间的显著差异OA GSE98460数据集和可视化差异,分别。此外,肥胖OA-related差异表达基因GSE98460数据集的统计差异被定义为中心的基因进行后续分析。
2.7。创新路径分析(IPA)和蛋白质交互(PPI)网络
为探索疾病和功能度的途径,创新路径分析(IPA)执行。此外,用于可视化的热图进一步激活或抑制通路使用中心的矩阵表达的基因。此外,搜索度的调节途径,中心基因的上游和下游的监管网络是由Cytoscape 3.5.1软件。二手,PPI网络中心基因和其他蛋白质进一步构建来验证他们的互动关系的帮助下字符串(https://string-db.org/)和Cytoscape 3.5.1 [17]。
2.8。功能富集分析
为了探索生物过程和信号通路相关基因中心,GSEA通过执行“clusterProfiler”包表示数据的基础上GSE98460 [13]。一个值< 0.05被认为是一个统计上显著的浓缩。
3所示。结果
3.1。肥胖和OA的关系
证实肥胖和OA的关系,我们的水平相比年龄、性别和体重指数在OA和non-OA病人通过卡方检验。见表1,更高的肥胖发病率和老年患者被发现在OA患者比对照组相比,表明肥胖的人可能更容易OA。
3.2。GSEA分析
为了探索生物过程和与肥胖相关的信号通路OA。GSEA GSE117999数据集进行。正如所料,基因在肥胖OA主要是与代谢相关途径,如glycerolipid代谢、淀粉和蔗糖代谢、烟酸和烟酰胺代谢,视黄醇新陈代谢(图1),表明代谢失衡可能在肥胖OA至关重要的作用。
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3.3。WGCNA
筛查与肥胖相关的重要基因OA, WGCNA用来识别基因模块与高度相似的表达形式;最优软阈值被选为19(图2(一个))。然后,通过设置MEDissThres为0.2,一笔23模块经动态树(图切割算法2 (b))。此外,校正分析表明MEplum4模块定义为肥胖OA-related模块( 和 ,图2 (c))。最后,439个基因与相关系数的绝对值超过0.6值< 0.5被确定为肥胖OA-related基因(图2 (d))。
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3.4。肥胖OA-Related差异表达基因的识别
66度(38个表达下调和调节基因28日)正常BMI之间被确认样品和肥胖OA。的热图和火山情节这些度如图3(一个)和3 (b),分别。此外,肥胖OA-related 15个差异表达基因被确定通过重叠66度和451肥胖OA-related基因(图3 (c))。值得注意的是,在15个差异表达组织9基因lncRNAs,而其余6可以编码蛋白质的基因。因此,我们选择了这6个基因进行后续分析。
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3.5。验证蛋白质编码基因的表达
进一步确认这6个蛋白编码基因的表达水平,我们首先比较了这6个蛋白编码基因的表达水平正常和肥胖之间OA non-OA肥胖和肥胖之间的样品和OA GSE117999数据集的样本。结果表明,5个蛋白编码基因,包括CCR10, HLA-DRB4, LENG8, QRFPR,和UHRF1BP1 non-OA肥胖和肥胖之间的显著差异(图OA样本4(一)),而其余的基因没有统计这两个组之间的区别。有趣的是,我们发现CCR10, QRFPR UHRF1BP1调节相比,肥胖OA样品正常样本和肥胖OA样品相比,肥胖non-OA样本,但是LENG8和HLA-DRB4表达下调(数字4(一)和4 (b))。然而,GSE98460的结果表明,CCR10, HLA-DRB4, LENG8, QRFPR, UHRF1BP1没有意义non-OA肥胖和肥胖之间OA样品(图4 (c)),这可能是由于样本量有限,因为GSE98460数据集只包含3肥胖non-OA样品和他们的BMI值27。因此,CCR10, HLA-DRB4、LENG8 QRFPR, UHRF1BP1视为中心基因。
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3.6。异丙醇
进一步探索度的疾病和功能通路,异丙醇进一步进行。结果显示,度大多是与抗菌反应,炎症反应,体液免疫反应途径(图5(一个))。此外,如图5 (b)炎症反应,趋化性细胞死亡的白血病细胞系,和淋巴细胞迁移途径被激活,而器官的炎症,颅外的固体肿瘤,和粒细胞的招聘途径被抑制了。此外,显示的上游和下游的监管网络,中心基因参与酶的调控,激酶,ligand-dependent核受体(数字5 (c)和5 (d))。
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3.7。PPI网络
探索蛋白质之间的相互作用和中心的基因,这些基因中心的PPI网络是由使用字符串数据库。如图6,CCR10与其他蛋白质产生更多的互动。
3.8。功能分析
GSEA被选为发现这5个中心的潜在的分子机制的基因。如数据所示7(一)和7 (b),GSEA建议CCR10参与cotranslated蛋白质的生物学过程主要是针对膜,蛋白质定位内质网,并主要与核糖体、结直肠癌和癌症通路。此外,QRFPR主要是在共价修改染色质浓缩,检测相关的刺激感官知觉,高尔基体膜泡运输生物过程和嗅觉传导和嘧啶代谢途径(数字7 (c)和7 (d))。
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4所示。讨论
肥胖是一个占主导地位和独立的风险指标对OA (18,19]。肥胖可以导致负重以及non-weight-bearing OA。重量负荷引起的肥胖会带来超荷载负重关节,这可能会导致关节表面的不均匀应力和关节功能障碍,进一步导致软骨损失,骨赘形成,OA (20.]。从nonweight轴承的角度,手关节OA是由代谢变化,如脂质代谢异常、糖耐量异常、高尿酸血,由肥胖导致(21]。此外,OA会导致肥胖。例如,OA将限制造成的疼痛和减少身体活动,从而进一步增加体重的风险,炎症,和心血管疾病(19]。然而,肥胖OA的共同分子机制仍不清楚。
在这项研究中,我们分析了GSE117999从GEO数据库数据集,发现CCR10, HLA-DRB4, LENG8, QRFPR, UHRF1BP1可能在肥胖OA扮演关键角色;然而,我们没有GSE98460数据库中实现相同的结果,因为有限的样本大小。LENG8(白细胞受体集群成员8)是一个蛋白质编码基因在免疫应答[至关重要22)、肾癌和血脑屏障和大脑信号转导(23,24]。HLA-DRB4主要用于免疫抗原匹配器官和骨髓移植(25),也是仪器发展的1型糖尿病(近年来),细胞病(CD) [26],牙周炎[27),类风湿性关节炎28]。此外,最近的研究表明,HLA-DRB4也是一个遗传风险司机Churg-Strauss综合症(CSS),导致增加的可能性CSS血管炎(29日]。此外,HLA-DRB4 p21在邻近的局部6地区(30.),基因在基因组的这一部分显示局部高表达在脂肪组织31日]。UHF1BP1系统性红斑狼疮是一种风险因素,主要功能在各种肿瘤(32- - - - - -34]。此外,UHF1BP1也参与发展的神经发育障碍导致强迫症(OCD) (35]。
CCR10趋化因子受体亚科的一员,最初在血液白细胞分泌CD4和CD8记忆T细胞的一小部分(36]。它已经表明,CCR10在多种肿瘤(37]。CCR10一直建议与皮肤免疫疾病(38)、呼吸道过敏性疾病(39)、血管再生和伤口愈合(40]。此外,人类CCR10发起人coactivated Ets-1和维生素D受体1的存在,25 - (OH) 2 d3,体内维生素D代谢密切相关骨生产和修复(41]。RFamide神经肽的pyroglutamylated家族RFamide肽(QRFP)是从事提供广泛的生物活性,它可以绑定到其受体GPR103影响扩展从食物中摄取的各种生物功能和心血管功能镇痛,醛固酮分泌,神经发育,惊厥、运动活动和繁殖42- - - - - -44]。最新研究显示QRFP调节葡萄糖体内平衡和骨mineralizationl [45]。特别是在成骨不全症(OI) QRFPR在其发生和发展中起着非常重要的功能(46]。因此,它是可能的,这些基因在肥胖OA具有至关重要的作用。
此外,PPI网络的结果表明,CCR10和QRFPR蛋白质相互作用与其他蛋白质更紧密地合作。结合音标分析,我们发现,许多疾病相关通路,这表明他们可能在肥胖OA扮演更多的角色。此外,我们进一步分析了通路参与CCR10, HLA-DRB4, LENG8 QRFPR, UHRF1BP1 GSEA。其中,CCR10主要是丰富的生物过程cotranslated蛋白质定位膜和蛋白质定位内质网。KEGG结果表明CCR10主要是与核糖体,结肠直肠癌和癌症通路。QRFPR主要是在共价修改染色质浓缩,检测相关的刺激感官知觉,高尔基体膜泡运输生物过程和嗅觉传导和嘧啶代谢通路。这些结果表明,CCR10在肥胖OA和QRFPR可能发挥核心作用通过调节这些生物过程和途径。虽然我们筛选5个潜在候选人肥胖OA-related基因利用生物信息学技术,我们的研究仍然有局限性。首先,我们不包括其他健康状况分化中心基因因为缺乏临床随访信息的样本。其次,通过生物信息学分析结果仅是不够的,需要通过实验验证确认。 Therefore, it is necessary to carry out further genetic and experimental research on larger samples and carry out experimental verification.
5。结论
在这项研究中,我们确定了CCR10, HLA-DRB4 LENG8, QRFPR, UHRF1BP1中心基因在肥胖OA基于GSE117999和GSE98460数据集。此外,我们还进一步调查的功能CCR10, HLA-DRB4, LENG8 QRFPR, UHRF1BP1。因此,CCR10, HLA-DRB4、LENG8 QRFPR, UHRF1BP1肥胖OA的可以作为生物标志物。因此,这些发现可能有助于增加的知识分子机制负责肥胖。然而,机制的角色CCR10, HLA-DRB4, LENG8 QRFPR, UHRF1BP1肥胖OA仍然未知。因此,需要进一步的研究来阐明这些机制。
数据可用性
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的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
本文作者都参与起草或修订它至关重要的知识内容,和所有作者同意提交最终版本出版。钟陈有完全访问所有数据的研究,负责数据的完整性和数据分析的准确性。钟陈和Jun-liang江为研究概念和设计做出了贡献。李道数据的采集。吴道李和Zhao-xiang导致数据的分析和解释。全周和欢阳光起草文章。全周,桓太阳,Jun-liang江,道,吴Zhao-xiang,钟陈促成了本文的重要修订重要的知识内容。全周和桓太阳同样贡献了这项工作。
确认
这项工作得到了云南省科技Department-Kunming医科大学联合特殊项目(2019号fe001 (-170))。