基于生物信息学方法探讨冠状动脉支架内再狭窄钙化机制相关差异表达基因的研究

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研究背景冠状动脉粥样硬化性心脏病是当前社会威胁人类健康的常见病、多发病。当前药物洗脱支架置入术治疗冠心病的中流砥柱,但部分患者经治疗后出现了支架后再狭窄(ISR)。ISR表现为反复发作的心绞痛,严重者可出现急性冠脉综合征。ISR严重影响了患者的生活质量及临床预后,也是当前治疗的难题。既往研究表明ISR主要是血管内皮受损后出现炎症反应,炎症因子聚集后诱导血管平滑肌细胞增殖、分化、迁移形成新内膜以及细胞外基质的沉积导致了管腔狭窄。尽管应用雷帕霉素或紫杉醇等抗内皮增殖药物来治疗ISR,真实世界ISR的发病率仍有10%。结合既往学者提出钙化可能在ISR发挥一定作用及临床资料的观察,推测钙化可能在ISR残余发生率中发挥作用。研究目的通过生物信息学的研究方法探究钙化在ISR发展过程中潜在的核心基因以及信号通路,为后续的生物标志物及治疗靶点提供理论基础。研究方法ISR相关的基因数据从GEO数据库获取,选择数据集GES12225为研究对象。GES12225包括了 3例PCI术后ISR样本及3例PCI术后无ISR样本。应用R语言limma数据包对原始数据进行均一化矫正,通过GEO2R计算模块筛选得到差异表达基因(DEG),再应用DAVID数据库对DEG进行ID转换及GO分析。其次再应用KOBAS数据库对DEG进行KEGG信号通路分析并可视化。最后应用STRING在线软件对DEG进行蛋白互相作用网络(PPI)分析,将PPI结果导入Cytoscape软件进行可视化,并应用内置插件Cytohubba筛选得到ISR发病过程中钙化相关的核心基因。研究结果GES12225总共29618个编码基因经limma包处理后均一性较好。应用GEO2R对处理后的数据进行筛选,共得到135个差异上调表达和253个差异下调表达的基因,差异基因数据源之间具有相似性。GO分析显示DEGs生物学过程(BP)主要涉及了转录调控、上皮间质转化调控、成骨分化调控,分子功能(MF)主要涉及DNA结合、核酸结合、磷蛋白结合等,细胞成分(CC)主要集中在微绒毛、细胞核、内膜系统、非常规肌球蛋白复合物。KEGG分析发现信号与 ISR 密切相关的通路包括了:Ubiquitin mediated proteolysis、PI3K-Akt signaling pathway。通过PPI网络及Cytohubba插件对核心基因的预测显示排名前 10 位的发病基因分别为:POLR2E、RUNX2、NANOG、FOXO3、MRPS10、PCNA、MRPL32、BMP2、MRPS16、MRPL57。其中与钙化密切相关的是:RUNX家族转录因子2(RUNX2)、骨形态发生蛋白2(BMP2)。研究结论RUNX2、BMP2可能与ISR钙化机制密切相关,RUNX2、BMP2可能是ISR钙化机制潜在的诊断标记物及有机会成为治疗靶点,但这还需要进一步的研究。
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