PI3K在妊娠期糖尿病发病机制中的作用生物信息分析及验证

摘要

目的 利用大数据生物信息挖掘算法探讨妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)发病相关基因及其可能生物学功能在GDM发病机制中的作用.方法 首先检索基因表达数据库,筛选并下载GDM差异表达芯片数据,采用R软件Lima包对差异表达基因进行筛选(Log2FC>1;P<0.05);对筛选出的差异表达基因进行功能富集分析.采用数据库STRING构建GDM发病机制蛋白-蛋白相互作用网络,分析差异表达基因编码蛋白间的相互作用关系.利用Cytohubb软件进一步筛选信号通路中关键基因(hub基因);同时选取30例GDM患者和30名正常分娩孕妇为研究对象,采用免疫组化方法对关键基因编码蛋白在GDM患者胎盘组织及正常妊娠产妇胎盘组织中的表达水平进行检测.结果 2个数据集GSE51546和GSE87295纳入本次分析,2个数据集中共差异表达基因4个[TACSTD2,磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositide 3-kinase,PI3K),COLEC12和IGFBP6].差异表达基因蛋白主要位于细胞质和细胞接合器,主要分子功能为磷酸转移酶活性,醇基作为受体和蛋白激酶,主要参与体内相关蛋白信号转导.京都基因百科全书通路分析显示,差异基因主要参与了PI3K-Akt信号通路、糖代谢途径相关通路和胰岛素信号通路.与筛选出的4个差异表达基因编码蛋白-蛋白相互作用网络54个蛋白节点,共574个相互作用链接,平均连接度为21.3,聚集度为0.74.根据蛋白-蛋白相互作用网络筛选出PI3K、TAL1和LYL1为GDM差异表达蛋白-蛋白网络中的关键基因(hub基因),其中PI3K在3个关键基因中作用最为重要.GDM组中,阳性表达率为70.0％(21/30),正常妊娠组阳性表达率达为100％(30/30).GDM患者胎盘组织中PI3K的阳性表达低于正常妊娠者,差异有统计学意义(χ2=22.47,P<0.05).结论 PI3K在GDM患者中存在明显的差异表达,并可能在GDM发生、发展中发挥重要作用.PI3K可能成为治疗和预防GDM的关键靶点.