5.7/Q1,双疾病纯生信文章!安徽中医药大学生物信息学探索血管性痴呆和炎症性肠病

文摘   2024-09-19 18:05   海南  

今天为大家分享的文章亮点在于运用了多种生物信息学方法探讨血管性痴呆和炎症性肠病,如CEO数据库、STRING 数据库、GSEA和(KEGG) 通路富集分析等。
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文章标题:Exploring the common mechanism of vascular dementia and inflammatory bowel disease: a bioinformatics-based study

中文标题:探索血管性痴呆和炎症性肠病的常见机制:一项基于生物信息学的研究

发表期刊:Frontiers in Immunology

发表时间:2024年4月

影响因子:5.7/Q1

研究背景
新出现的证据表明,肠道疾病可以通过脑肠轴上的动态双向通信来调节免疫系统、代谢系统和神经系统的发育和功能。然而,肠道疾病和血管性痴呆 (VD) 的具体机制仍不清楚。我们特别设计了这项研究,以进一步阐明 VD 与生物信息学分析中的炎症性肠病 (IBD) 之间的联系。

研究方法

我们从基因表达综合 (GEO) 数据库中下载了VD 和 IBD的基因表达谱。然后采用个体基因集富集分析 (GSEA) 分别确认两种疾病之间的联系。鉴定共同差异表达基因,并使用 STRING 数据库Cytoscape 软件构建蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 网络和核心功能模块。应用基因本体论 (GO) 京都基因与基因组百科全书 (KEGG) 通路富集分析来识别 coDEGs 和枢纽基因的通路。随后,采用受试者工作特征 (ROC) 分析确定这些枢纽基因的诊断能力,并使用训练数据集验证枢纽基因的表达水平。最后利用基因集富集 (ssGSEA) 算法用于分析 coDEGs 和免疫细胞之间的免疫细胞浸润。

结果分析

1. VD 和 UC 中的 GSEA 分析

在 VD 中,富集了 40 条通路,而在 UC 中富集了 46 条通路,两种疾病之间有 18 条交叉通路。在这些交叉的 KEGG 类别中,免疫项目占比最大,为 44.44%,其中免疫系统通路占 33.33%,人类免疫疾病占 11.11%。生物有机系统中富集的途径包括产生 IgA 的肠道免疫网络、趋化因子信号通路、toll 样受体信号通路、nod 样受体信号通路、补体和凝血级联反应,以及自然杀伤细胞介导的细胞毒性,都属于免疫系统。在代谢中,我们还富集了三种常见的重要途径,包括氧化磷酸化、药物代谢-细胞色素 P450 以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解。

2.VD 和 UC 与 Control(健康人)中的 CoDEGs

根据 GSE122063 数据集,在 VD 患者和健康对照者之间挑选出 2446 个 DEGs(图A、C)。根据 GSE47908 数据集,区分了 2715 个 DEGs 与 UC 患者和健康对照 (1914 个上调的 DEGs,801 个下调的 DEGs) (图B、D)。最后,我们在 VD 和 UC 中鉴定了 167 个 co-DEGs,包括 126 个上调的 coDEGs 和 41 个下调的 coDEGs(图E)。这表明 VD 和 UC 之间可能存在分子机制相似性。

3. CoDEGs 的功能富集分析

在 BP 类别中,基因主要集中在细胞因子产生的正调控、对外部刺激反应的正调控、单核细胞分化、白细胞细胞-细胞粘附、白细胞分化的调节、白细胞细胞-细胞粘附的调节、白细胞介导的免疫、淋巴细胞介导的免疫、造血调节和淋巴细胞增殖的调节(图A).对于 CC 本体,它们主要位于分泌颗粒膜、细胞溶解颗粒和质膜外部,免疫受体活性主要在 MF 分析中鉴定(图B)。KEGG 基因在炎症性肠病和类风湿性关节炎等人类免疫系统疾病以及利什曼病、军团菌病和疟疾等传染病中富集,在有机免疫系统中,中性粒细胞胞外陷阱形成丰富(图C)。

4. CoDEGs蛋白-蛋白相互作用网络的构建和关键基因模块的获取

将分析得出的167 个 coDEGs 定位在 PPI 交互网络中,紫色节点是上调的 coDEGs,蓝色节点是下调的 coDEGs。子模块 1 有 10 个节点和 41 个边缘(图 B),属于 NADPH 氧化酶复合物。子模块 2 有 9 个节点和 19 条边(图C),相关功能没有丰富。子模块 3 有 16 个节点和 31 个边缘 (图D),与 GO 富集分析中免疫过程的调节有关。子模块 4 有 5 个节点和 8 个边缘 (图E),GO 富集分析与呼吸电子传递链、氧化磷酸化和细胞呼吸有关。子模块 5 有 3 个节点和 3 个边(图F),WikiPathway 中的功能与成骨细胞分化和相关疾病有关。

5. 通过 CytoHubba 鉴定枢纽基因和功能富集分析

生物过程 (BP) 主要集中在白细胞介导的免疫和炎症反应、神经炎症反应、神经胶质细胞活化和炎症反应的调节、骨髓白细胞活化和免疫效应物的调节。KEGG 中富集的通路主要包括人类疾病组的利什曼病、脂质和动脉粥样硬化、类风湿性关节炎,以及富含中性粒细胞胞外陷阱形成、NOD 样受体信号通路和原发性免疫缺陷病的明显免疫系统通路。

6.枢纽基因的验证

ROC 曲线表明 8 个枢纽基因具有预测 UC 伴 VD 风险的能力。为开发具有这些枢纽基因的 VD 和 UC 疾病的新型靶向疗法提供了基础。IL1B 、 TLR2 和 CASP1 基因具有早期诊断作用。

7.VD 和 UC 中的免疫细胞浸润分析

从 GSE122063 和 GSE47908 数据集中的 28 个免疫细胞中挑选出的 16 个免疫细胞的相对浸润水平的分布,表明VD 和 UC 患者与健康对照者多种免疫细胞的分布和比例存在显著差异。


文章小结

这项研究表明,IBD 可能是 VD 的新危险因素。8 个枢纽基因可能预测 IBD 合并 VD。免疫相关 coDEGS 可能与它们的关联有关,这需要进一步研究来证明。(如果你正寻求思路复现、实验设计或定制化的数据分析服务,那么请不要错过我们哟~)

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