基于生物信息学分析筛选阳虚质类风湿关节炎的差异表达基因及潜在干预中药
Bioinformatics Analysis of Differentially Expressed Genes and Potential Chinese Medicine Screening for Rheumatoid Arthritis with Yang Deficiency Constitution
摘要目的:利用生物信息学分析筛选阳虚质类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),并对其干预中药进行预测,为深入研究阳虚质RA相关病理机制及干预中药的用药规律提供依据.方法:从基因表达综合数据库(gene expression omnibus,GEO)获取中医阳虚质数据集 GSE87474 和 RA 相关数据集 GSE90081、GSE193193.合并GSE90081 和GSE193193 数据集形成RA合并数据集,并用替代变量分析(surrogate variable analysis,SVA)包消除批次效应.利用微阵列数据线性模型(linear models for microarray data,limma)包分别筛选GSE87474 和RA合并数据集的DEGs,取交集获取阳虚质RA相关基因.然后,利用机器学习算法,从阳虚质RA相关基因中鉴定关键基因,绘制其受试者工作特征曲线,计算曲线下面积(area under curve,AUC)值,并对每个关键基因进行基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA).同时,通过医学信息检索平台(Coremine Medical)数据库预测干预阳虚质RA的中药,并收集其性味归经等信息.结果:筛选出264 个RA相关DEGs,455 个阳虚质DEGs,取交集后获得17 个(上调15 个,下调2 个)阳虚质RA相关基因.依据随机森林(random forest,RF)模型算法共鉴定出5 个关键基因,即肾上腺髓质素(adrenomedullin,ADM)、分泌性白细胞肽酶抑制剂(secretory leukocyte peptidase inhibitor,SLPI)、膜联蛋白A3(annexin A3,ANXA3)、G蛋白信号调节器 18(regulator of G pro-tein signaling 18,RGS18)、C-C基序趋化因子配体 4(C-C motif chemokine ligand 4,CCL4).这 5 个关键基因的AUC均>0.750.GSEA结果显示,5 个关键基因功能富集共同集中在 16 条通路,涉及转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信号通路、氧化磷酸化、谷胱甘肽代谢等.中药预测结果显示:潜在干预阳虚质RA的中药多归肝、肺、脾胃、肾经,药性以温为主,药味以苦、甘、辛多见.结论:ADM、SLPI、ANXA3、RGS18、CCL4 可能为阳虚质RA的潜在关键基因,可调控TGF-β信号通路、氧化磷酸化、谷胱甘肽代谢等途径介导阳虚质RA的病理过程;干预阳虚质RA的中药大多归肝、肺、脾胃、肾经,性味多为温、苦、甘、辛.
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