基于生物信息学筛选纳米二氧化硅致肺纤维化关键因子

作者：师凡; 杨晓静; 熊敏; 杨玉姗; 张艳淑; 金玉兰

来源：中华劳动卫生职业病杂志, 2023, 41(07).

• 肺纤维化
• 纳米二氧化硅
• 生物信息学
• 基质金属蛋白酶9
• 基质蛋白酶组织抑制因子1
• 细胞外基质水解

目的构建巨噬细胞-成纤维细胞体外模型模拟肺纤维化过程, 探讨纳米二氧化硅(SiNPs)暴露致肺纤维化的关键机制。方法于2021年1月, 取对数生长期的人单核细胞白血病(THP-1)细胞, 分别采用0、25、50、100 μg/ml SiNPs处理24 h, 收集THP-1细胞上清液分别作用于对数生长期的对照组和低、中、高剂量组人胚肺成纤维(MRC-5)细胞, 继续培养24 h。检测不同组别MRC-5细胞增殖情况。检测MRC-5细胞上清液中细胞羟脯胺酸(Hyp)、白细胞介素6(IL-6)、白细胞介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)表达水平。检测高剂量组MRC-5细胞中的差异蛋白表达情况, 应用GeneCard数据库中肺纤维化相关蛋白对高剂量组MRC-5细胞进行差异肺纤维化蛋白的筛选。应用GO分析对高剂量组的差异肺纤维化蛋白进行富集分析, 应用String数据库构建高剂量组的差异肺纤维化蛋白的相互作用(PPI)网络, 使用CytoHubba软件筛选高剂量组的关键差异肺纤维化蛋白。使用Pearson相关分析计算关键差异肺纤维化蛋白之间的相关系数, Western blotting检测不同组别中关键差异肺纤维化蛋白表达。结果与对照组比较, 低、中、高剂量组MRC-5细胞增殖率增加(P<0.05)。与对照组比较, 低、中、高剂量组细胞上清液中Hyp、IL-1β的表达水平均升高(P<0.05), 高剂量组细胞上清液中IL-6、TNF-α蛋白表达水平均升高(P<0.05)。用GeneCard数据库结合高剂量组差异表达蛋白共筛选出26个差异肺纤维化蛋白, GO分析显示, 差异肺纤维化蛋白主要调控细胞外基质水解、细胞炎症反应、组织修复和细胞增殖等生物过程。CytoHubba软件计算出基质金属蛋白酶9(MMP9)和基质金属蛋白酶组织抑制因子1(TIMP1)是PPI网络中的关键节点蛋白。相关分析结果显示, MMP9蛋白与基质金属蛋白酶1(MMP1)、基质金属蛋白酶3(MMP3)、TIMP1和表皮生长因子受体(EGFR)蛋白表达相关(r=0.97、0.98、0.94、0.93, P<0.05)。Western blotting结果显示, 与对照组比较, 低、中、高剂量组TIMP1蛋白表达均升高(P<0.05), 而MMP9蛋白表达仅在高剂量组增加(P<0.05)。结论 SiNPs暴露后体外细胞肺纤维化模型中MRC-5细胞的差异肺纤维化表达蛋白主要调控细胞外基质水解、组织修复、细胞炎症等生物过程, 且MMP9、TIMP1蛋白可能是影响SiNPs暴露后MRC-5细胞纤维化进程的关键蛋白。

• 单位
  华北理工大学; 公共卫生学院