基于GEO数据库的狼疮肾炎生物信息学分析及差异表达基因筛选

摘要

目的筛选狼疮肾炎(lupus nephritis,LN)的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)及其作用通路,探讨LN发病的分子机制。方法芯片数据来源于高通量基因表达(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库。选取含LN信息的基因芯片GSE127797和GSE32591。GSE127797包含LN肾组织(54例)基因表达谱,GSE32591包括正常肾组织(29例)和LN肾组织(64例)基因表达谱。利用R语言软件校正、分析基因芯片GSE127797和GSE32591并筛选DEGs,完成DEGs的基因本体(Gene Ontology,GO)富集分析和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析。用STRING数据库和Cytoscape软件分析LN差异表达基因之间的关系,并对基因之间关系进行可视化分析。使用Cytohubba插件分析蛋白质相互作用网络的关联度,筛选关键DEGs。结果筛选出肾小球和肾小管共同DEGs 114个,其中64个上调基因,50个下调基因。GO分析结果显示,生物学过程(biological process,BP)方面,共同DEGs主要参与病毒防御反应、Ⅰ型干扰素(typeⅠinterferon,IFN-Ⅰ)信号通路、病毒基因组复制的调控等生物过程;细胞组成(cellular component,CC)方面,共同DEGs参与的细胞组分包括胶原蛋白三聚物、血小板α颗粒、胞质囊腔、细胞器外膜等;分子功能(molecular function,MF)方面,共同DEGs主要与血小板衍生生长因子结合、细胞外基质结构成分、生长因子结合相关。KEGG分析结果表明,共同DEGs与甲型流感病毒感染、麻疹病毒感染、丙型肝炎病毒感染、百日咳杆菌感染、补体和凝血级联、蛋白质消化吸收、金黄色葡萄球菌感染等通路有关。STRING分析发现了蛋白质互作网络图中的10个关键DEGs:ISG15、MX1、OAS1、MX2、IFIH1、GBP1、IFIT3、OAS2、IFIT1、IFI44。结论通过生物信息学方法分析LN DEGs的生物学过程、细胞组成与分子功能,发现关键DEGs,为探索LN发病相关分子机制、发掘潜在诊断标志物和开发新的治疗靶点提供了理论依据及新的方向。