基于生物信息学和机器学习筛选类风湿性关节炎与强直性脊柱炎的核心基因及共享分子机制

摘要

目的 基于生物信息学和机器学习方法探讨类风湿性关节炎（RA）和强直性脊柱炎（AS）潜在的核心基因与共享分子机制。方法 本研究从基因表达数据库（GEO）获取RA和AS的基因表达数据，并利用R软件包进行差异表达基因（DEGs）分析。通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析探索共表达DEGs的生物学功能。利用蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络和机器学习算法筛选核心基因，并构建列线图对核心基因进行验证。使用基因集富集分析（GSEA）以及免疫细胞浸润分析研究与核心基因相关的分子途径和免疫细胞分布。利用药物预测和分子对接筛选RA与AS潜在的共同靶向药物。结果 本研究共筛选出47个上调和23个下调的共表达DEGs,涉及通路主要有Th1和Th2细胞分化通路等。在共表达DEGs中，筛选并验证了2个核心基因，即白细胞介素2受体β亚基（IL2RB）及runt相关转录因子3（RUNX3）。受试者工作特征（ROC）曲线分析显示，IL2RB和RUNX3在验证集中均具有良好的诊断效能（曲线下面积>0.7）。免疫浸润分析强调中性粒细胞及CD8⁺ T细胞在RA与AS发病机制中的重要作用。药物预测与分子对接结果表明，维A酸可通过靶向核心基因参与RA与AS共同病理过程，为后续机制研究和治疗靶点验证提供线索。结论 Th1/Th2细胞分化通路是RA-AS共享的核心机制，核心基因IL2RB、RUNX3可能通过调控该通路及免疫细胞功能参与RA和AS共同发生发展。

关键词

类风湿性关节炎 / 强直性脊柱炎 / 生物信息学 / 机器学习 / 差异表达基因 / 蛋白质-蛋白质相互作用 / 白细胞介素2受体β亚基 / runt相关转录因子3

基金资助

乔成林全国名老中医药专家传承工作室建设项目(国中医药人教函[2019]41号); 陕西省中西医结合示范基地建设项目(陕中医药函[2020]113号-附件1-04); 陕西省中医药管理局中西医结合示范基地建设项目; 中医药“双链融合”中青年创新团队(2022-SLRH-LJ-011)