分析尿毒癥外周血全轉(zhuǎn)錄本表達(dá)譜探究尿毒癥分子機(jī)制.pdf

1、背景與目的：
　　尿毒癥是指慢性腎功能衰竭進(jìn)入終末期時出現(xiàn)的，表現(xiàn)為代謝紊亂、全身多個器官病變的多種臨床癥狀所形成的綜合征。其病因復(fù)雜，分子機(jī)制上的復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于單一疾病。我們認(rèn)為，單純的從單一分子表達(dá)層面去探究尿毒癥的發(fā)病與發(fā)展機(jī)制是具有一定的局限性的。因此，嘗試整合多種分子信息組（omics），從更加全局的角度去研究尿毒癥的分子生物學(xué)機(jī)制并挖掘相關(guān)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該是尿毒癥臨床研究的一個突破的方向。而為了更加全面的揭示尿毒癥的分

2、子機(jī)制，本研究收集了一套包括75個尿毒癥以及20個正常人的外周血全基因組表達(dá)譜數(shù)據(jù)，通過基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)、miRNA富集分析等多種生物信息學(xué)算法對表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，嘗試從全轉(zhuǎn)錄組多種RNA分子的層面去揭示尿毒癥的分子機(jī)制。
　　方法：
　?。?）收集了一套包括75個尿毒癥以及20個正常人的外周血全基因組表達(dá)譜數(shù)據(jù)（來源于 National Center for Biotechnology Information(NCBI

3、) Gene Expression Omnibus(GEO)）。使用 SAM算法篩選尿毒癥相關(guān)差異表達(dá)基因（|log2(fold change)|>1; FDR<0.05）；同時應(yīng)用基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建差異表達(dá)基因的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)（|r|>0.9以及 P<0.01）；而后應(yīng)用MCODE算法提取網(wǎng)絡(luò)中核心基因共表達(dá)模塊（度（degree）閾值=2,節(jié)點值（node score）閾值=0.2, k核心值（k-core）閾值=2,最大深度（ma

4、x depth）=100）；同時利用功能富集分析尋找模塊相關(guān)的生物學(xué)功能與通路；最后利用 miRNA富集分析，定義模塊上顯著調(diào)控的miRNA（P<0.05）。
　?。?）利用基因芯片重注釋方法對表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行 lncRNA重新注釋，然后使用 SAM算法定義尿毒癥相關(guān)差異表達(dá) lncRNA（|log2(fold change)|>1;FDR<0.05）。利用基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析構(gòu)建 lncRNA相關(guān)的差異表達(dá)基因的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)（|r|>

5、0.9以及 P<0.01）。利用starbase V2.0數(shù)據(jù)庫尋找lncRNA上游靶向調(diào)控miRNA分子以及下游互作蛋白質(zhì)。
　?。?）利用 cytoscape軟件將 miRNA調(diào)控核心基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)模塊與lncRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)以及 lncRNA上下游調(diào)控網(wǎng)絡(luò)整合，得到包含 lncRNA, mRNA以及 miRNA的整體的 RNA互作網(wǎng)絡(luò)。計算網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的 dgree, betweeness, Closeness，Bottl

6、eneck拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)。將整合網(wǎng)絡(luò)中顯著高 dgree, betweeness, Closeness的節(jié)點同時其節(jié)點間具有互作關(guān)系的分子及互作提取出來，形成關(guān)鍵的尿毒癥相關(guān)的分子網(wǎng)絡(luò)。
　　結(jié)果：
　　（1）發(fā)現(xiàn)9個涉及到不同生物學(xué)功能與通路的核心基因網(wǎng)路模塊；這些模塊參與到"蛋白水解（Proteolysis）","生物膜內(nèi)環(huán)境（Membrane-enclosed lumen）"以及"凋亡（Apoptosis）"等生物學(xué)通路。

7、通過 miRNA富集分析得到15個模塊上游的關(guān)鍵調(diào)控 miRNA分子。其中 miRNA-21-3p以及 miRNA-210-3p已被其他文獻(xiàn)報道與慢性腎功能衰竭相關(guān)。
　?。?）發(fā)現(xiàn)3個 lncRNA（LINC00342, LINC00607，LINC01553）在尿毒癥外周血顯著差異性表達(dá)，同時還利用基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)這三個 lncRNA可能參與到多種與慢性腎功能衰竭相關(guān)的功能與通路。此外，還進(jìn)一步篩選3個 lncRNA上下

8、游的互作分子。這些研究結(jié)果說明該3個 lncRNA與尿毒癥相關(guān)，且其相關(guān)的分子和功能都值得進(jìn)一步的研究。
　　（3）構(gòu)建了一個包括lncRNA,miRNA以及mRNA的RNA互作網(wǎng)絡(luò)。其核心子網(wǎng)絡(luò)中包含的3個非編碼RNA(LINC00342, LINC00607以及hsa-miR-154-5p)以及相關(guān)的基因，都值得進(jìn)一步的研究和驗證。
　　結(jié)論：
　?。?）大量差異表達(dá)基因通過參與到“蛋白質(zhì)水解（Proteolysi

9、s）”，“炎癥反應(yīng)（Inflammatory response）”等生物學(xué)功能，影響尿毒癥發(fā)生發(fā)展。
　　（2）LINC00342, LINC00607以及 hsa-miR-154-5p可能通過參與“炎癥反應(yīng)（Inflammatory response）”影響尿毒癥的發(fā)生過程。
　　（3）本課題將生物學(xué)功能、基因、lncRNAs以及 miRNAs聯(lián)系在一起形成整合網(wǎng)絡(luò)模塊，對闡明尿毒癥的具體分子機(jī)制具有一定基礎(chǔ)性意義。