✦
医学科研新动向
✦
Potential diagnostic biomarkers and Mapk14 protein expression: Autophagy-related genes linking immune infiltration in acute respiratory distress syndrome
Int J Biol Macromol
< 生信分析+ARDS>
研究背景
急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种急性、重度的肺部炎症性疾病，患者常伴有严重的低氧血症及非心源性肺水肿。ARDS的发病机制复杂，包括免疫反应、炎症因子释放和氧化应激等多条分子通路。目前，尽管有许多治疗手段，但其高病死率特点，急需寻找新的诊断标志物和治疗靶点。MAPK14蛋白（又名p38α）作为一种重要的应激激活蛋白激酶，与多种炎症性疾病的发生发展密切相关。本研究旨在通过生物信息学手段，探讨MAPK14蛋白在自噬相关基因及ARDS中的作用及其与免疫细胞浸润的关系，揭示可能的分子机制。
研究设计
本研究采用最最最传统的生物信息学方法发到一区Int J Biol Macromol，可以尝试这个杂志，具体步骤如下：
数据获取：从GEO数据库提取GSE76293数据集，包括12例ARDS患者和12例健康对照的外周血样本。
差异表达基因（DEGs）分析：利用R包limma进行差异基因表达分析，筛选出|logFC|>1，p<0.05的DEGs。通过火山图和热图展示基因表达的差异情况。
GO与KEGG富集分析：对差异基因进行GO（BP、CC、MF）和KEGG通路富集分析，揭示这些基因在生物学过程中的功能及参与的信号通路。
PPI网络分析：使用STRING数据库构建蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络，识别关键的中心基因。
免疫浸润分析：通过ssGSEA分析，比较免疫细胞亚型在ARDS患者和健康对照中的差异。
基因验证与ROC分析：在GSE32707和GSE10361数据集中对差异基因进行验证，计算ROC曲线评估其诊断价值。
核心结果
1.差异表达基因（DEGs）分析
在GSE76293数据集中，利用limma包分析，筛选出510个显著差异表达基因（DEGs），其中280个基因在ARDS组中显著上调，230个基因下调（p<0.05）。火山图（图1A）显示，红色点代表上调基因，绿色点代表下调基因，|logFC|>1。热图（图1B）进一步展示了ARDS患者组与健康对照组之间的基因表达差异，清晰地显示出ARDS组中显著的基因表达变化，提示这些基因在疾病的发生和进展中可能发挥重要作用。此外，差异基因的广泛分布表明，ARDS的病理生理过程可能涉及多个生物学通路和分子机制。
2.GO与KEGG富集分析
GO富集分析结果表明，这些差异基因主要参与了与免疫应答和炎症相关的生物过程，尤其是中性粒细胞脱颗粒（p<0.01）和营养物质反应（p<0.01），表明这些基因可能在ARDS的免疫调节和营养代谢紊乱中发挥关键作用。细胞成分（CC）分析显示，这些基因显著富集于自噬小体和线粒体外膜（p<0.01），提示自噬和线粒体功能障碍可能在ARDS中具有重要作用。分子功能（MF）分析揭示，这些基因显著富集于蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性和CXCR3趋化因子受体结合活性（p<0.01），说明它们可能通过调节炎症信号和免疫细胞的趋化性影响ARDS的进展。KEGG通路分析进一步揭示，这些基因显著参与了Epstein-Barr病毒感染和内分泌耐药性相关的信号通路（p<0.05），这些信号通路可能通过调节病毒感染和内分泌反应在ARDS中发挥作用（图2）。
3.PPI网络与中心基因分析
通过STRING数据库构建的PPI网络揭示了25个差异基因之间的相互作用，最终筛选出6个中心基因：MAPK14、AKT1、MAP1LC3A、MAP3K14、RUNX3和SLC36A4（图4A）。这些中心基因在调控自噬和免疫应答过程中可能发挥关键作用，尤其是MAPK14和SLC36A4，它们的异常表达与炎症反应、细胞应激和自噬过程密切相关。进一步的分析表明，这些基因可能通过调控炎症信号通路，如p38 MAPK信号通路，影响ARDS的发病机制。通过交叉分析，这些中心基因与ARDS患者的临床表型高度相关，提示它们具有重要的诊断和治疗潜力。
4. 免疫浸润分析
ssGSEA免疫浸润分析结果显示，ARDS患者的中性粒细胞、肥大细胞、巨噬细胞、自然杀伤（NK）细胞、Th1细胞和Th17细胞显著增加（p<0.01），这些细胞在炎症反应和组织损伤中起重要作用，提示ARDS患者存在强烈的免疫激活状态（图5A）。相反，CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、嗜酸性粒细胞和帮助性T细胞显著减少，表明适应性免疫应答可能受到抑制，可能影响患者对感染和炎症的调节能力（图5B）。免疫细胞亚型的这种失衡可能加剧了ARDS患者的肺损伤，导致炎症反应失控。该分析通过热图和小提琴图展示了不同免疫细胞亚型的差异性分布，进一步证实免疫浸润与ARDS的严重程度密切相关。
5.基因验证与诊断价值分析
在GSE32707（65例患者）和GSE10361（9例患者）数据集中，MAPK14和SLC36A4基因在ARDS患者中表达显著上调。ROC曲线分析结果显示，MAPK14的AUC值为0.695，表明其在ARDS的诊断中具有一定的准确性（图6A）。此外，SLC36A4在ARDS患者中的高表达也具有潜在的诊断价值（图6B）。这些验证结果表明，MAPK14和SLC36A4可能作为ARS的潜在生物标志物，能够帮助早期识别疾病，并提供进一步的治疗靶点。
小
结
差异基因鉴定：在ARDS患者中共鉴定出510个差异表达基因（DEGs），提示这些基因在疾病进展中发挥重要作用。 功能与通路富集：GO和KEGG分析表明，差异基因主要参与免疫应答、自噬及炎症相关通路，特别是在Epstein-Barr病毒感染和内分泌耐药性中富集。 中心基因识别：PPI网络分析识别出6个关键基因，MAPK14和SLC36A4作为中心基因可能在炎症调控中起关键作用。 免疫浸润分析：ARDS患者中中性粒细胞等免疫细胞显著增加，适应性免疫细胞减少，揭示了免疫系统的显著失衡。 基因验证与诊断潜力：MAPK14和SLC36A4在两个独立数据集中得到验证，具有良好的诊断潜力。
-END-
文字丨本人编写，如有补充，请随时告诉我
（后台回复“MAPK14”即可获取全文）
