多组学数据分析揭示牙周炎与甲状腺癌间的基因调控网络及免疫关系

摘要

目的 通过多组学数据挖掘和生物信息学分析，探讨甲状腺癌与牙周炎之间的共有分子网络及炎症-肿瘤交互机制。方法 从公共数据库获取牙周组织（包括牙周炎组织和正常牙周组织）和甲状腺组织（包括甲状腺癌组织和正常甲状腺组织）样本的转录组测序数据，预处理后进行了基因表达差异分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和功能富集分析，筛选出2种疾病的枢纽基因。通过机器学习方法分别确定与牙周炎和甲状腺癌预后相关的枢纽基因，并分别通过小鼠牙周炎模型实验和人类蛋白质图谱数据库（HPA）数据分析验证这些基因在牙周炎和甲状腺癌中的表达水平变化。通过单样本基因集富集分析（ssGSEA）评估牙周炎和甲状腺癌中的免疫细胞浸润情况，并分析各种免疫细胞和枢纽基因表达的相关性。结果 WGCNA与基因表达差异分析确定了27个枢纽基因，功能富集结果显示，2种疾病可能通过“细胞杀伤调控”“白细胞介导的细胞毒性”等通路相互影响。机器学习方法从27个枢纽基因中筛选出6个牙周炎枢纽基因（BNC1、CWH43、XKRX、STRA6、MMP7和CXCL6），这些基因对牙周炎具有良好的诊断价值（均AUC>0.8），小鼠牙周炎模型实验验证了牙周炎病理组织中上述基因的表达水平变化。单因素Cox回归分析筛选出5个与甲状腺癌预后显著相关的枢纽基因（ATP2C2、PRIMA1、TENM2、PIK3C2G和BNC1），使用这些基因构建的预后模型能够较为准确地预测甲状腺癌患者的预后情况。其中，BNC1是牙周炎和甲状腺癌共同的关键枢纽基因，免疫浸润分析结果显示BNC1在2种疾病中的表达水平与调节型T细胞、浆细胞样树突状细胞和单核细胞的浸润程度显著相关。单细胞数据分析进一步明确BNC1在2种疾病中的细胞表达来源。结论 确定牙周炎与甲状腺癌之间串扰的27个枢纽基因，并筛选出6个牙周炎相关枢纽基因和5个甲状腺癌预后相关枢纽基因。其中，BNC1可能是2种疾病共同的关键调控因子。

关键词

牙周炎 / 甲状腺癌 / 加权基因共表达网络 / 机器学习 / 转录组 / 动物,实验 / 小鼠