糖尿病肾病加权基因共表达网络分析

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背景:糖尿病肾病(Diabetic kidney disease,DKD)是糖尿病最常见的微血管并发症之一,已成为我国慢性肾脏病(Chronic kidney disease,CKD)的首要病因。但由于糖尿病肾病发病机制复杂,进展迅速,目前关于糖尿病肾病的研究仍缺乏突破性进展,关于糖尿病肾病的发生机制、能反映疾病进展的新型生物标志物,以及治疗的新靶点一直是肾脏病领域研究的热点和难点。随着基因测序技术的不断发展,基因研究的方法也更灵活多样。基因组学、基因微阵列芯片数据和单细胞测序技术使得可以在短时间内获得海量的基因测序数据,这些数据中蕴含的信息可以帮助我们更好的探究现有研究领域的发生发展。加权基因共表达网络分析(WGCNA)是一种高效、准确的生物信息学分析方法,可全面、有效的进行数据挖掘,目前在糖尿病肾病中应用较少。本研究使用WGCNA分析方法对DKD表达谱数据进行分析,寻找与DKD临床性状相关的关键模块,进一步对其功能进行深入探讨。并验证枢纽基因在糖尿病肾病中的表达及与临床指标的相关性,为深入探索DKD发生机制提供试验依据,以期为糖尿病肾病的治疗提供新的思路和线索。方法:1.本研究利用GEO公共数据库获得GSE96804数据集,选取该数据集的41例糖尿病肾病患者和20例对照组肾活检标本为研究对象,用加权基因共表达网络分析(WGCNA)进行网络构建寻找与DKD相关模块,利用R语言的“limma”包进行DKD组和对照组间差异表达基因分析,将差异表达基因和应用WGCNA方法得到的与DKD相关模块内基因取交集获得DKD相关枢纽基因,并进行GO和KEGG富集分析。2.收集2019年12月至2020年12月期间至郑州大学第一附属医院就诊的34例人外周血液样本,其中糖尿病肾病组12例,糖尿病组11例,健康对照组11例。使用实时荧光定量RT-PCR分析验证枢纽基因NPIPA2和ANKRD36在各组中的表达,相对表达丰度通过计算2-△△CT值来表示,内参基因为GAPDH。3.收集入选患者入院首次检查结果,临床指标包括有:尿白蛋白/肌酐比值(ACR),血红蛋白(Hb),血肌酐(Scr),白蛋白(ALB),甘油三酯(TG),总胆固醇(TC),低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C),高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C),肾小球滤过率(eGFR),糖化血红蛋白(HbA1c)等。数据整理后分别与对应样本的相对表达量行相关性分析,识别与目的基因显著相关的临床指标,进一步进行机制探讨。结果:1.差异表达分析结果:按筛选阈值,共得到显著差异表达基因418个,其中糖尿病肾病组较对照组表达上调的有123个,表达下调的有295个。2.共表达网络构建结果:利用WGCNA分析共得到15个基因模块,其中绿色模块与糖尿病肾病最显著相关,该模块内基因主要富集在在糖、脂类代谢、小GTPase介导的信号转导调控通路,G蛋白偶联受体信号通路,Rho蛋白信号转导,PPAR分子信号通路及氧化还原过程。3.枢纽基因的选择:两种方法取交集得到14个枢纽基因,分别为(ANKRD36、ANKRD36B、ANKRD36C),(NPIPA2、NPIPB3、NPIPB4、NPIPB5、NPIPB11、NPIPB13),(SPDYE1、SPDYE3),TAS2R31,GOLGA8A,LINC00342。4.qRT-PCR分析结果:NPIPA2在糖尿病肾病和糖尿病患者中相对表达量显著升高,并与尿白蛋白/肌酐比值(ACR)、血肌酐(Scr)成正相关(P<0.05),与白蛋白(ALB)和血红蛋白(Hb)成负相关关系(P<0.05)。5.qRT-PCR分析结果:ANKRD36在糖尿病肾病患者中相对表达量显著升高,与尿白蛋白/肌酐比值(ACR)、血肌酐(Scr)、白蛋白(ALB)和血红蛋白(Hb)的相关性与NPIPA2一致,但无统计学意义,但其与甘油三酯(TG)和血白细胞(WBC)成显著正相关关系(P<0.05)。结论:1.与糖尿病肾病表型显著相关模块内基因主要富集在糖、脂类代谢,小GTPase介导的信号转导调控,Rho蛋白信号转导,G蛋白偶联受体信号通路,PPAR分子信号通路及氧化还原过程。2.糖尿病肾病NPIPA2和ANKRD36高表达,其中,NPIPA2与糖尿病肾病病情密切相关,为进一步探索糖尿病肾病发生机制提供了实验基础。
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