基于生物信息学探讨布鲁氏菌性脊柱炎的免疫相关机制及潜在基因靶点

摘要

目的 通过生物信息学分析寻找布鲁氏杆菌性脊柱炎(BS)患者椎间组织中差异表达基因(DEGs)和关键信号通路，为深入了解BS的免疫相关机制及寻找新的治疗靶点提供理论依据。方法 收集4例BS患者和3例腰椎间盘突出(LDH)患者术中的椎间组织完成转录组测序。通过生物信息学分析找到BS患者和LDH患者椎间组织的DEGs,使用Enirchr在线富集工具对筛查到差异表达的免疫基因进行基因本体论(GO)功能富集分析、京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析，用Cytoscape软件构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络，并筛选识别关键基因。收集14例BS患者(BS组)和10例LDH疾病患者(Control组)的椎间组织进行qRT-PCR验证生物信息学分析结果，同时收集患者外周血，使用流式细胞术检测两组患者外周血中M2型巨噬细胞及Th2细胞的比例。结果 BS患者病灶处椎间组织中M2型巨噬细胞与Th2细胞比例均较LDH患者升高(P<0.05)。筛选出的DEGs共1 651个，上调基因1 294个，下调基因357个。对1 651个DEGs进行GO功能富集分析，其生物学过程主要集中于抗原处理和呈递、免疫反应、免疫系统过程等；细胞组分主要富集在MHC蛋白复合体、MHC II类蛋白复合物、细胞膜的重要组成部分中，分子功能主要与磷酸酶活性、多糖结合、离子通道活性有关。KEGG通路富集分析显示，PI3K-Akt信号通路、钙信号通路和MAPK信号通路等与BS发展密切相关。通过PPI网络分析筛选出前20的关键基因与PI3K-Akt信号通路的基因取交集后获得3个关键基因，分别为：FN1、EGFR、EGF。qRT-PCR结果显示，BS组患者病灶处椎间组织FN1、EGFR、EGF的mRNA表达均高于Control组(P<0.000 1)。结论 FN1、EGFR、EGF可能是预测BS的生物学标志物及潜在治疗新靶点，本研究有助于加强对BS相关免疫调节机制的了解。

关键词

布鲁氏菌性脊柱炎 / 差异表达基因 / PI3K-Akt信号通路 / 生物信息学