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关于非肿瘤生信,我们也解读过很多,主要有以下类型
1 单个疾病WGCNA+PPI分析筛选hub基因。
2 单个疾病结合免疫浸润,铁死亡,自噬等基因集,机器学习算法等。
3 两种相关疾病联合分析,包括非肿瘤结合非肿瘤,非肿瘤结合肿瘤或者非肿瘤结合泛癌分析
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研究概述:类风湿性关节炎(RA)是一种慢性的、异质性的自身免疫性疾病,目前仍缺乏有效和可靠的RA诊断标志物和治疗靶点。在本研究中,整合了来自三个GEO数据库的RA患者信息以进行差异基因表达分析。此外,还从TCGA和GTEx数据库中获得了泛癌相关基因。对于鉴定的DEGs,本文进行了功能富集分析,并构建了一个加权基因共表达网络(WGCNA),并使用SVM-REF、LASSO等算法得到4个关键基因,最终挑选了其中的CYFIP2进行进一步分析,结果显示,CYFIP2与各种肿瘤患者的预后密切相关,免疫细胞浸润的程度,以及TMB,MSI等指标,表明这个基因可能是一个潜在的干预目标对人类疾病包括RA和肿瘤。
研究结果:
一、DEG筛选和数据预处理
对DEGs数据进行预处理,样本处理后,B-C为RA及对照样本的PCA,D-E为DEG的火山图及热图。
二、加权基因共表达网络的构建
1、从GEO数据库中选取15个正常样本和18个RA样本进行聚类分析,结果显示,模块之间没有显著的相关性(图2A-E),通过模块内的转录相关性分析,证明了模型描述的可靠性,发现模块之间没有实质性的联系(图2F)。
2、采用ME值与临床特征之间的额叶相关性来研究模块与临床症状之间的联系,蓝色模块与正常值呈正相关(图2G)。在对照MM与GS散点图和RA MM与GS散点图中,蓝色和绿松石色模块与RA高度相关(图2H-I)。
三、关键基因的DEGs和功能分析
1、将关键基因与DEGs重叠发现有490个相同基因,功能分析显示,这些DEGs与淋巴母细胞白血病、肝炎、生殖细胞癌和造血系统疾病有关(图3A-B)
2、GO富集分析显示,模块DEG基因具有t细胞活化、调节细胞-细胞粘附、正向调控细胞活化等功能;KEGG分析与细胞因子-细胞因子受体相互作用、趋化因子信号通路等高度相关。(图3C-D)
四、特征基因的选择、验证及分析
1、使用三种算法(LASSO、RandomForest、, SVM-REF)来识别特征基因,最终找出4个重要的特征基因 (BTN3A2, CYFIP2, ST8SIA1, and TYMS) 。(图4A-F)
2、利用多个数据集对4个基因的表达进行验证,发现BTN3A2、CYFIP2、ST8SIA1和TYMS在RA中均显著升高。并且,BTN3A2、ST8SIA1、TYMS、CYFIP2间呈正相关,说明这4个基因具有显著的功能相似性。(图5)
五、特征基因相互作用分析
使用GeneMANIA数据库为创建了一个PPI网络(图6A)。对20个基因进行了GO/KEGG分析,肌动蛋白聚合或解聚、Rac蛋白信号转导和Arp2/3复合物介导的肌动蛋白成核控制是该数据集中最丰富的生物过程。KEGG主要富集于对肌动蛋白细胞骨架的调控、致病性大肠杆菌感染等途径(图6B-C)。
六、RA诊断折线图的建模与测试
1、使用Rms软件包建立特征基因(BTN3A2、CYFIP2、ST8SIA1和TYMS)的RA诊断柱线图模型,通过ROC曲线分析来证实其正确性。在高风险阈值为0~1时,患者可以从列线图模型中获益。在另外的两个数据集中也得出一致结论(图7A-F)
2、ROC曲线分析显示4个基因间具有相似的AUC值。另外两个数据集也证实了该结论(图7G-H)
七、RA组和健康对照组的免疫浸润情况
1、采用ssGSEA免疫相关性分析发现,RA组的免疫细胞浸润程度低于对照组,免疫细胞浸润和免疫相关通路的RA组高于对照组(图8A)。
2、BTN3A2与APC共刺激呈负相关。CD8+T细胞、溶细胞活性、iDCs、炎症促进细胞、Tfh、TIL和I型IFN反应均与ST8SIA1有很强的正相关(图8B)。
八、CYFIP2表达验证及泛癌分析
1、在CIA小鼠中利用IHC技术对CYFIP2进行表达验证,发现CYFIP2和ST8SIA1在CIA小鼠在滑膜中高表达(图9)。
2、对CYFIP2进行分析发现,CYFIP2在BRCA、CHOL、HNSC、PRAD、THCA中高表达,在BLCA,BRCA,COAD,ESCA,GBM,KICH,KIRC,KIRP,LUAD,LUSC,和PAAD中低表达。使用GTEx数据库发现CYFIP2在BRCA、CHOL,COAD,DLBC等疾病中高表达,在BLCA,CESC等疾病中低表达。并且,进一步检测了CYFIP2在不同细胞系中的表达(图10A-D)。
3、CYFIP2在泛癌症中的预后价值分析:在6种癌症中,CYFIP2的表达与OS显著相关;在6种恶性肿瘤中,CYFIP2的表达与PFS显著相关;Cox回归显示,在5种癌症中,CYFIP2的表达与DSS显著相关。(图11A-C)。
4、CYFIP2的免疫浸润分析:在HNSC、LUSC、PAAD、SKCM、STAD、THCA、THYM呈显著正相关,而KICH和LGG呈显著负相关;使用xCELL算法、定量算法、mcpcecter算法和EPIC算法也证明了CYFIP2水平与浸润免疫细胞之间的联系。CYFIP2水平和免疫检查点在一系列癌症中高度相关。(图12A-E)
研究总结:本文对免疫浸润与RA特定枢纽基因间的关系及泛癌分析进行了全面、深入的研究,分析了相关基因和通路。最终鉴定了4个枢纽基因,并选择CYFIP2进行深入分析,CYFIP2被认为是RA和33种肿瘤中最潜在的靶点,这将为人类免疫相关疾病甚至癌症的治疗提供了很有希望的线索。