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文献解读:非肿瘤干湿结合骨关节炎免疫浸润及关键标志物鉴定思路

大家好,这次给大家分享的文献是Identification of key biomarkers and immune infiltration in the synovial tissue of osteoarthritis by bioinformatics analysis,2020年1月发表在PeerJ杂志上,影响因子2.353。文章干湿相结合,重点研究骨关节炎滑膜组织中的生物标志物和免疫浸润。
标题:
Identification of key biomarkers and immune infiltration in the synovial tissue of osteoarthritis by bioinformatics analysis
骨关节炎滑膜组织关键生物标志物的鉴定及免疫浸润的生物信息学分析。
研究流程图
文献解读:非肿瘤干湿结合骨关节炎免疫浸润及关键标志物鉴定思路
摘要

背景:骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是最常见的慢性退行性关节病,主要表现为软骨退行性变、软骨下骨增生、骨赘形成和关节间隙狭窄。最近的研究表明,滑膜炎可能也是OA的一个重要病理改变。然而,OA滑膜炎的分子机制尚不清楚。

目标:本研究旨在通过生物信息学分析,鉴定骨关节炎滑膜组织中的关键生物标志物和免疫浸润。

材料和方法:GSE12021、GSE55235和GSE55457的基因表达谱从GEO数据库下载。利用LIMMA包被鉴定差异表达基因(DEGs),并进行功能富集分析。构建了蛋白质-蛋白质相互作用网络(PPI),并利用STRING和Cytoscape进行了模块分析。采用CIBERSORT算法分析OA与正常人滑膜组织的免疫浸润情况。

结果:共检测到106个差异表达基因,其中下调基因68个,上调基因38个。对PPI网络进行了评估,确定了包含14个hub基因的最重要模块。GO分析表明,hub基因在免疫细胞趋化性和细胞因子活性方面有显著的富集作用。KEGG信号通路分析表明,hub基因在类风湿关节炎信号通路、IL-17信号通路和细胞因子-细胞因子-受体相互作用信号通路中显著富集。骨关节炎组与正常对照组的免疫浸润情况差异显著。与正常组织相比,OA滑膜组织中记忆B细胞、幼稚CD4+T细胞、调节性T细胞、静息树突状细胞和静息肥大细胞所占比例较高,而幼稚CD4+T细胞、活化NK细胞、活化肥大细胞和嗜酸性粒细胞所占比例相对较低(P>0.05)。最后,通过RT-PCR检测11个hub基因的表达水平。结论。骨关节炎与正常人滑膜组织中hub基因和免疫浸润的差异可能为了解OA的发展提供新的线索。

结果

DEGs的鉴定

对GSE12021、GSE55235和GSE55457的微阵列结果进行批量校正和标准化后,鉴定出DEGs。共检测到106个差异表达基因,其中下调基因68个,上调基因38个。所有下调基因和上调基因的火山图验证了结果(图1B)。图1A显示了DEG表达式热图。

文献解读:非肿瘤干湿结合骨关节炎免疫浸润及关键标志物鉴定思路
DEGs的GO和KEGG富集分析
GO富集分析表明,DEGs主要参与抗原结合、肽聚糖结合、糖胺聚糖结合、细胞因子受体结合、铵离子结合、细胞因子活性、磷脂酰胆碱结合、季铵基团结合等,翻译起始因子活性和核受体活性(图2A,表1)。KEGG通路分析显示DEGs主要富集于IL-17信号通路、类风湿关节炎、病毒蛋白与细胞因子及细胞因子受体的相互作用、肿瘤坏死因子信号通路、沙门氏菌感染、Kaposi肉瘤相关疱疹病毒感染、军团菌病、NF-kappa B信号通路等,糖尿病并发症和细胞因子-细胞因子-受体相互作用中的年龄-范围信号途径(图2B,表2)。
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文献解读:非肿瘤干湿结合骨关节炎免疫浸润及关键标志物鉴定思路
PPI网络建设与模块分析

利用STRING分析了DEGs的PPI网络(图3A)。最重要的模块,包括14个hub基因,是通过使用Cytoscape的MCODE插件获得的
可参考:STRING网站+Cytoscape软件制作精美蛋白互作网络图(PPI)

文献解读:非肿瘤干湿结合骨关节炎免疫浸润及关键标志物鉴定思路
hub基因的GO和KEGG富集分析
GO富集分析表明,hub基因主要参与抗原结合、肽聚糖结合、糖胺聚糖结合、细胞因子受体结合、铵离子结合、细胞因子活性、磷脂酰胆碱结合、季铵盐基团结合,翻译起始因子活性和核受体活性(图4A,表3)。KEGG信号通路分析显示,hub基因在类风湿关节炎、IL-17信号通路、Kaposi肉瘤相关疱疹病毒感染、细胞因子-细胞因子-受体相互作用、病毒蛋白与细胞因子和细胞因子受体相互作用、NF-kappa B信号通路、肿瘤坏死因子信号通路中显著富集,幽门螺杆菌感染中的沙门氏菌感染、军团菌病和上皮细胞信号传导(图4B,表4)。
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免疫浸润分析
由于技术上的限制,OA的免疫浸润景观尚未完全揭示,特别是在细胞丰度较低的亚群中。利用CIBERSORT算法,首先研究了22个免疫细胞亚群中OA与正常滑膜组织的免疫浸润差异。图5A总结了29名正常对照组和30名OA患者的结果。通过主成分分析,OA患者和正常对照组组织中免疫细胞的比例显示出明显的群体偏聚和个体差异(图5B)。与正常组织相比,OA组织中记忆B细胞、幼稚CD4+T细胞、幼稚CD4+T细胞、调节性T细胞、静息树突状细胞和静息肥大细胞的比例普遍较高,而幼稚CD4+T细胞、活化NK细胞、活化肥大细胞和嗜酸性粒细胞的比例相对较低(图5C,P<0.05)。
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hub基因的RT-PCR验证
结果表明,11个hub基因CCL20、CD44、CX3CR1、CXCL2、CXCL8、IL6、JUN、MMP1、PTGS2、TNFSF11和VEGFA的相对表达水平与微阵列杂交结果一致。CXCL3、GADD45B和MCL1在统计学上没有显著性差异(图6)。
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结语

文章所用的研究方法很常规,但是一个突出的亮点是进行了湿实验验证,可以看出湿实验在文章的发表中还是具有很重要的地位的

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