激素性股骨头坏死中的PTGS2和STAT3：潜在铁死亡相关诊断生物标志物

作者：梁学振; 骆帝; 李嘉程; 温明韬; 张建; 许波^*; 李刚^*

来源：中国组织工程研究, 2023, 27(36): 5898-5904.

• 激素性股骨头坏死
• 铁死亡
• 生物信息学
• 氧化应激
• 生物标志物

背景：研究推测铁死亡可能参与了激素性股骨头坏死的病理过程，但铁死亡在激素性股骨头坏死中的发病机制尚不清楚。目的：旨在通过生物信息学手段分析激素性股骨头坏死进展过程中调控铁死亡相关的关键基因，以进一步阐明铁死亡在激素性股骨头坏死中的生物学机制。方法：从基因表达综合数据库(GEO)下载血清来源的GSE123568数据集，包括10个非激素性股骨头坏死(类固醇给药后)样本和30个激素性股骨头坏死样本；从FerrDb数据库整理铁死亡相关基因。通过将GSE123568数据集与铁死亡基因集映射，筛选激素性股骨头坏死中铁死亡相关的差异基因，通过“clusterProfiler”R包分析差异基因的基因本体论(GO)和京都基因和基因组百科全书(KEGG)通路富集，通过“corrplot”R包分析差异基因的Spearman相关系数，通过STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络，通过MCODE插件权重分析以识别重要的基因簇模块，通过CytoHubba插件利用拓扑网络算法筛选Hub基因，通过“pROC”R包分析Hub基因的ROC曲线；借助髋关节软骨来源的GSE74089数据集验证Hub基因的表达水平。结果与结论：(1)根据调整后的P值<0.01和|log2 FC|>log21.5的既定标准，在非激素性股骨头坏死和激素性股骨头坏死患者的外周血样本中筛选出30个激素性股骨头坏死中铁死亡相关的差异基因，包括20个上调基因和10个下调基因；(2)GO和KEGG通路富集分析表明，差异基因主要富集在氧化应激、缺氧诱导因子1信号通路和铁死亡；Spearman相关性分析显示差异基因之间存在一定的相关性；(3)PPI网络揭示差异基因在生物系统中具有相互作用关系，通过MCODE插件识别出2个重要的基因簇模块，通过CytoHubba插件的MCC,MNC,DMNC,Degree和EPC算法交叉映射确定7个Hub基因；(4)ROC曲线表明与非激素性股骨头坏死样本相比，Hub基因在激素性股骨头坏死样本中具有更高的诊断价值；(5)GSE74089数据集交叉验证明确激素性股骨头坏死髋关节软骨标本中PTGS2和STAT3的表达水平相对于正常样本显著升高，这与GSE123568数据集血清样本表达一致；(6)结论：通过生物信息学分析挖掘出30个激素性股骨头坏死中铁死亡相关的差异基因，通过构建其PPI网络和外部数据集交叉验证，筛选得到PTGS2和STAT3有望成为潜在诊断生物标志物的Hub基因，为进一步深入探索激素性股骨头坏死铁死亡相关的作用机制和诊断提供靶点和新的见解。

• 单位
  山东中医药大学; 山东中医药大学附属医院; 第一临床医学院