DUSP6 protein action and related hub genes prevention of sepsis-induced lung injury were screened by WGCNA and Venn
脓毒症是全球范围内导致急性肺损伤（ALI）的主要原因之一，尤其在重症监护病房（ICU）患者中，ALI 的发病率较高，并且其死亡率显著增加。急性肺损伤往往伴随急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的发生，表现为弥漫性肺间质和肺泡水肿，导致呼吸功能衰竭。虽然目前的治疗手段包括抗生素、机械通气、和免疫调节药物，但效果仍然有限。因此，识别与脓毒症相关的关键基因和分子通路有助于开发新的治疗策略，预防和治疗脓毒症诱导的肺损伤。本研究采用传统的生物信息学分析方法，对脓毒症诱导的肺损伤进行了组学数据的系统性筛选和分析，具体步骤如下：
数据获取
从GEO数据库提取了两个数据集，分别为GSE64457（23个样本，其中包括8个健康对照和15个脓毒症患者）和GSE40839（21个样本，包括10个健康对照和11个肺损伤患者）。
差异表达基因（DEGs）分析
使用R包limma对两个数据集进行差异表达分析，筛选出**|logFC| > 1且p < 0.05**的DEGs。利用火山图和热图展示基因表达的显著差异性。
GO与KEGG富集分析
GO与KEGG富集分析GO（BP、CC、MF）和KEGG通路富集分析，揭示DEGs的功能和参与的信号通路。
WGCNA共表达网络分析
为了减少批次效应，将两个数据集合并后进行WGCNA分析。通过构建基因共表达网络，识别与脓毒症诱导肺损伤显著相关模块。
Hub基因的识别
利用Venn分析，筛选出14个与脓毒症和肺损伤均相关的核心基因。通过聚类分析进一步确认这些基因的表达模式。
DUSP6功能验证
通过生物学功能注释，确定DUSP6在脓毒症诱导肺损伤中的调控作用，并通过ERK信号通路的研究，验证其作为潜在治疗靶点的可行性。
1. 差异表达分析
在GSE64457数据集中，筛选出429个差异表达基因，其中163个基因显著上调，266个基因显著下调。基因如CXCL8和IL1B在脓毒症组中显著上调。CXCL8编码趋化因子，调控中性粒细胞的募集与激活，而IL1B在急性炎症反应中的功能已广为人知。值得注意的是，LCN2基因也表现为显著上调，该基因编码的蛋白与肿瘤坏死因子受体相关蛋白具有交互作用，提示其在脓毒症中参与免疫调控。火山图（图1A）明确展示了这些差异表达基因在脓毒症患者和健康对照之间的显著表达差异，热图（图1B）则显示了前60个差异基因的表达模式，强调了健康对照与脓毒症患者间基因表达的显著分化。![]()
2. GO和KEGG通路分析揭示脓毒症相关的免疫通路和炎症反应
差异表达基因GO和KEGG富集分析显示，这些基因在生物过程（BP）、细胞成分（CC）和分子功能（MF）方面显著富集。与炎症和免疫相关的生物过程占据主要地位，包括调控免疫反应、细胞凋亡、细胞因子介导的信号传导等。同时，在分子功能上，蛋白质结合和受体结合表现出显著富集，进一步支持了这些基因在细胞间信号传递和调控方面的重要性。KEGG通路分析揭示了这些差异表达基因显著富集于多个重要的免疫和炎症相关通路，如NOD样受体信号通路、TNF信号通路和Epstein-Barr病毒感染通路。提示这些基因可能通过这些通路调控脓毒症患者的炎症级联反应。![]()
3. 基因共表达网络分析识别与肺损伤相关的显著模块
在GSE40839数据集中，利用WGCNA（加权基因共表达网络分析）构建基因共表达网络，筛选出与肺损伤密切相关的7个基因模块。棕色模块和黄色模块显示出与临床表型（肺损伤）显著相关。棕色模块包含的基因如LCN2和KLF10，与肺损伤的发展密切相关。LCN2参与铁代谢和中性粒细胞的趋化作用，而KLF10作为转录因子，在细胞周期调控和应激反应中起重要作用。图3A展示了基因模块的分布和相关性，图3B则展示了基因聚类树，清晰显示出这些基因模块在基因表达网络中的关联性。图3C进一步展示了各基因模块与肺损伤表型的显著相关性，其中棕色模块与肺损伤显著正相关，而黄色模块则与健康对照呈现显著负相关，提示这些基因模块可能是调控肺损伤发生的关键因子。![]()
4.DUSP6基因在脓毒症诱导肺损伤中的关键调控作用
通过Venn分析，将GSE64457和GSE40839数据集中差异表达基因与WGCNA模块基因进行交集筛选，最终识别出14个共同基因。这14个基因在两个数据集中均表现出显著的表达差异，包括DUSP6、TSPAN13、LAIR1等。值得关注的是，DUSP6和TSPAN13在脓毒症患者中显著下调，而LAIR1和MTHFD2在肺损伤组中显著上调，表明这些基因可能在脓毒症诱导的肺损伤中扮演双向调控作用。通过进一步的分析，研究发现DUSP6在脓毒症患者中显著下调，而在肺损伤患者中显著上调。DUSP6作为双特异性磷酸酶，主要参与调控ERK信号通路。ERK通路在细胞应激反应和炎症反应中扮演关键角色，DUSP6的下调可能导致ERK信号的过度激活，从而加剧脓毒症引发的炎症反应和组织损伤。在肺损伤组中，DUSP6的上调可能与组织修复和抗炎反应有关，表明该基因在脓毒症和肺损伤的不同阶段中发挥了不同的调控功能。这一发现提示DUSP6可能作为潜在的治疗靶点，为脓毒症和肺损伤的干预提供了新的方向。![]()
本研究通过系统的生物信息学分析，识别了脓毒症诱导的肺损伤相关的关键基因和通路，并提供了潜在的生物标志物和治疗靶点。
差异表达基因分析揭示了脓毒症患者中显著的炎症反应和免疫调控基因。在GSE64457数据集中，筛选出429个差异表达基因，包括CXCL8和IL1B等与炎症和免疫调控相关的基因。
GO和KEGG通路分析表明，差异表达基因显著富集于免疫和炎症相关的通路，如NOD样受体信号通路和TNF信号通路。
WGCNA共表达网络分析识别出7个与肺损伤相关的基因模块，其中棕色模块与肺损伤的发生显著相关。
Venn分析筛选出14个与脓毒症和肺损伤共同相关的核心基因，这些基因在两个数据集中均表现出显著的表达差异。
DUSP6基因在脓毒症患者中显著下调，在肺损伤患者中显著上调，提示其在不同病理状态下的双向调控作用，并可能作为潜在的治疗靶点。
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