通过转录组测序和生物信息学方法鉴别小胶质细胞炎症激活过程中的关键通路和基因

作者：李利平; 李宝山; 赵夏; 张龙宵; 张益; 付海涛; 陈进利; 张英泽; 于腾波^*

来源：中华骨科杂志, 2022, 42(12): 776-785.

• 炎症
• 转录组测序
• 计算生物学

目的通过转录组测序和生物信息学分析, 探究小胶质细胞炎症激活的关键通路和基因。方法使用质量浓度为1 μg/ml的脂多糖对小胶质细胞进行刺激, 建立小胶质细胞炎症模型。使用ELISA法和RT-qPCR检测小胶质细胞炎症模型IL-6和TNF-α水平。对建立的小胶质细胞炎症模型进行转录组测序, 采用生物信息学方法筛选出差异表达基因。对差异表达基因进行GO分析和KEGG分析。使用String数据库构建差异表达基因的蛋白互作网络, 并使用Cytoscape软件进行蛋白互作网络的可视化。使用MCODE应用程序提取蛋白互作网络的模块, 使用cytohubba应用程序提取枢纽基因。采用RT-qPCR验证枢纽基因的mRNA表达水平。对枢纽基因进行富集分析, 预测其靶向miRNA, 预测可能与其作用的药物。结果经ELISA和RT-qPCR检验, 小胶质细胞炎症模型建立成功。通过转录组测序和生物信息学分析, 筛选出434个差异表达基因。GO分析显示这些差异表达基因主要集中在细胞对细胞因子刺激的反应、炎症反应、对外界刺激反应的调节等条目。KEGG分析显示这些差异表达基因主要集中在趋化因子信号通路、TNF信号通路、IL-17信号通路等通路。构建了这些差异表达基因的蛋白互作网络图, 并进行了模块分析和枢纽基因的提取, 枢纽基因大部分位于模块1内, 模块1的种子基因为S1pr1, 枢纽基因包括S1pr1、Cxcr4、Cx3cl1、Cx3cr1、Cxcl10、Cxcl2、Ccl4、Ccl5、Ccl9、Fpr1。RT-qPCR结果显示, 与培养液组相比, 脂多糖组中S1pr1、Cxcr4、Cx3cl1、Cx3cr1的mRNA表达下调, Cxcl10、Cxcl2、Ccl4、Ccl5、Ccl9、Fpr1的mRNA表达上调。枢纽基因的富集分析主要集中在趋化因子介导的信号通路、视紫红质样受体、细胞趋化性等条目。预测了可能和枢纽基因作用的miRNA和药物。结论通过对小胶质细胞炎症模型进行转录组测序和生物信息学分析, 筛选出了差异表达基因, 提取了枢纽基因和种子基因, 有助于进一步理解小胶质细胞炎症的分子机制, 为相关疾病的诊治提供潜在的靶点。

• 单位
  青岛大学附属医院; 青岛市中心医院; 青岛大学