椎间盘退变相关细胞焦亡基因的生物信息分析与功能鉴定

作者：陈坤浩; 孙红; 杨华; 刘淼; 庄勇; 宁旭^*

来源：中华实验外科杂志, 2023, 40(11).

• 椎间盘退变
• 细胞焦亡
• 生物信息分析

目的通过生物信息技术筛选与椎间盘退变相关的细胞焦亡基因, 确定其生物学功能和信号通路。方法首先, 从基因表达谱(GEO)数据库中下载GSE147383数据集, 将细胞焦亡基因与该数据集差异表达基因作交集分析, 筛选细胞焦亡差异表达基因。再者, 对获得的细胞焦亡差异表达基因进行基因本体论(GO)及京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析。同时, 绘制蛋白质-蛋白质相互作用网络, 筛选获得椎间盘退变细胞焦亡关键基因。其次, 通过受试者工作特征(ROC)曲线来评估关键基因的诊断价值并绘制关键基因线性预测模型。最后, 采用实时荧光定量聚合酶联反应(qRT-PCR)检测椎间盘退变髓核组织中的细胞焦亡相关基因表达水平。组间比较采用t检验。结果本研究共筛选获得8个椎间盘退变相关细胞焦亡基因, 即SR相关和CTD相关因子11(SCAF11)、富含亮氨酸重复结构域蛋白6(NLRP6)、肿瘤蛋白p53(TP53)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶4(CASP4)、谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)、中性粒细胞弹性蛋白酶(ELANE)、常染色体隐形遗传性耳聋59蛋白(DFNB59)和常染色体显性遗传耳聋5蛋白(DFNA5);GO分析表明其主要参与细胞焦亡、炎症反应、细胞对肽的反应以及细胞对肿瘤坏死因子的反应等过程;KEGG富集分析表明椎间盘退变相关细胞焦亡基因主要参与NOD样受体信号通路、中性粒细胞外陷阱、谷胱甘肽代谢、p53信号通路和鞘磷脂信号通路等;构建蛋白质-蛋白质相互作用网络, 进一步分析获得2个细胞焦亡关键基因, 即CASP4和DFNA5。另外, ROC曲线验证CASP4在椎间盘退变中具有较好的诊断价值[GSE34095中曲线下面积(AUC)=1.000;GSE124272中AUC=0.812], nomogram模型提示CASP4表达越高疾病发生风险越高;qRT-PCR结果表明CASP4在退变组中表达高于正常组(t=5.048, P<0.01)。结论细胞焦亡参与椎间盘退变过程, 细胞焦亡基因CASP4可能作为椎间盘退变相关的生物标志物。

• 单位
  贵州医科大学