基于生物信息学与机器学习破译脊髓损伤中铁死亡相关生物标志物及中药预测
To decipher ferroptosis-related biomarkers of spinal cord injury and to perform the prediction of traditional Chinese medicine based on bioinformatics and machine learning
摘要目的 探索铁死亡相关基因在脊髓损伤(SCI)中的表达及作用机制,预测SCI铁死亡相关生物标志物,进行药物敏感性检测及中药预测.方法 基于生物信息学与机器学习算法,下载GSE24179 数据集,通过limma R包筛选差异基因,构建蛋白互作(PPI)网络进行修剪从而筛选差异表达基因(DEGs).获得铁死亡相关基因,通过支持向量机(SVM)及受试者工作特征(ROC)曲线进行决策及评估以筛选潜在生物标志物,再进行免疫浸润分析,CellMiner数据库进行药物敏感性预测,LASSO回归模型确定生物标志物.通过TCD数据库及Coremine数据库构建中药-化学成分-基因调控轴,统计性味归经并总结关键中药.结果 获取128 个DEGs,生物功能包含脂质代谢、氧化应激与铁死亡密切相关;获得 12 个铁死亡相关的差异表达基因(FRDEGs),经SVM决策及ROC曲线评估共纳入10 个铁死亡相关生物标志物(PFRBs),PFRBs中多数基因存在线性相关,以Arnt样蛋白1(ARNTL)-核受体共激活因子 3(NCOA3)相关性最强;免疫浸润分析组间对比显示,ARNTL与NBCs、MBCs、gdTCs、Mono相关皆有统计学意义,与NBCs的相关性尤为显著;药敏预测显示,6-巯基嘌呤对ARNTL及AKR1C3 敏感;LASSO回归模型显示,NCOA3、CYP4F8 及AKR1C3 为保持预测性能的最小变量区间;中药预测结果显示,药味多为苦、甘、辛,药性多寒、温,表里经多为脾胃和肺大肠,生姜、菟丝子、红花、火麻仁是关键中药.结论 ARNT和NCOA3 可能通过铁死亡途径介导调控初始B细胞从而干预SCI的免疫微环境,6-巯基嘌呤的药物敏感性最强,部分类药/药性化学成分及中药能够干预SCI,尤其是匹立尼酸及生姜,其中的相关性有待深究.
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