间质性膀胱炎中性粒细胞胞外陷阱相关基因的鉴定及免疫相关策略

摘要

目的 利用生物信息学分析方法筛选出中性粒细胞胞外陷阱相关基因（neutrophil extracellular trap-related genes,NRG）与间质性膀胱炎（interstitial cystitis,IC）的核心差异表达基因。方法 从基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO）中获取了IC患者的基因表达数据，并结合已发表文献中的NRG(differentially expressed NET-related genes, DE-NRG)，筛选出12个差异表达的NRG。随后，采用最小绝对值收缩与选择算子（least absolute shrinkage and selection operator, LASSO）回归和随机森林（random forest, RF）两种机器学习方法，进一步确定核心DE-NRG。为了深入解析DE-NRG的功能，进行基因本体论（Gene Ontology, GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）富集分析，并通过STRING数据库构建了蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction network, PPI）网络。此外，利用CIBERSORT算法对免疫细胞浸润情况进行分析。并绘制受试者工作曲线（receiver operating characteristic, ROC）、曲线下面积（the area under the curve,AUC）。免疫组化和Western blot法检测IC患者活检样本中DE-NRG的表达，免疫双荧光染色检测样本中NET的存在。结果 筛选出12个DE-NRG。补体C3(complement C3,C3)、组织蛋白酶G(cathepsin G,CTSG)和选择蛋白P(selectin P,SELP)与中性粒细胞外陷阱形成信号通路有关；PPI网络分析结果显示，基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinases9,MMP9)和CC族趋化因子配体5(CC chemokine ligand 5,CCL5)与其他蛋白互作关系最多；确定核心DE-NRG为C3和CTSG；免疫细胞在休眠期肥大细胞在IC发展过程中发挥着重要作用。外部数据集分析、免疫组化和Western blot实验发现CTSG在IC中高表达，C3在IC中低表达。免疫双荧光实验结果表示，NET的形成与IC的病理学过程密切相关。结论 12个DE-NRG在IC发生发展中起重要作用，C3和CTSG作为IC中性粒细胞胞外陷阱相关的核心基因可能为IC的潜在生物标志物和治疗靶点。

关键词

间质性膀胱炎 / 中性粒细胞胞外陷阱相关基因 / 生物信息学分析 / 免疫细胞浸润 / 机器学习算法 / 生物标志物