ceRNA网络筛选桥本甲状腺炎免疫相关基因研究.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）医药卫生 1 ceRNA 网络筛选桥本甲状腺炎免疫相关基因研究 许铖铖1 崔 兵2（通讯作者）1.江苏大学附属医院核医学科，江苏 镇江 212000 2.江苏大学附属医院输血科，江苏 镇江 212000 摘要：摘要：目的 基于生物信息学方法构建免疫相关的竞争性内源 RNA（ceRNA）网络。方法 从 GEO 数据库中下载桥本甲状腺炎的数据集，分析差异 lncRNAs 和 mRNAs，通过 miRcode 数据库预测 miRNA，利用 TargetScan、miRDB及 mirTarBase 数据库预测差异 mRNA 并作功能富集分析，使用 String 数据库构建蛋白互作网络，cytoscape 软件预测核心（hub）基因，与免疫相关基因取交集后，构建免疫相关ceRNA网络。结果 差异分析获得47个差异lncRNA，1800 个差异 mRNA，miRcode 预测 202miRNA，TargetScan、miRDB 及 mirTarBase 预测 1269 个 mRNA，其中 98 个为差异基因。String 和 cytoscape 得到 10 个核心基因，5 个为免疫相关基因，构建了由 15 个 lncRNA，5 个 miRNA 和 5 个 mRNA 组成的免疫相关 ceRNA 网络。结论 成功构建桥本甲状腺炎免疫相关的 ceRNA 网络，为后续研究桥本甲状腺炎的发生发展提供了重要的参考依据。关键词：关键词：桥本甲状腺炎；生物信息学；免疫相关基因；lncRNA；ceRNA 中图分类号：中图分类号：R581.2 桥本甲状腺炎（HT）是一种自身免疫性甲状腺疾病，与多种因素有关，如遗传易感性、环境因素和免疫紊乱。长期和不受控制的 HT 不仅在大多数情况下可能导致甲状腺功能减退或亚临床甲状腺功能减退，而且在某些情况下也可能导致甲状腺机能亢进1。由于自身免疫性疾病的机制复杂多样，目前尚无治疗 HT 的有效策略。因此，临床医生必须寻求有效的治疗方法，在发病机制层面上治疗 HT，并在出现致癌作用和其他并发症之前预防 HT 进展。非编码 RNA（lncRNA）是指缺乏转化为蛋白质能力的 RNA，可进一步分为，微小RNA（miRNAs）、长链非编码 RNA（lncRNAs）和环 RNAs（cirRNA），它们在转录和转录后水平调节 mRNA 的表达2。其中 lncRNA 与 miRNA 的研究更为广泛因此，构建基于 lncRNA-miRNA-mRNA 轴的免疫相关的 ceRNA 网络对 HT 研究具有重要的潜在意义。1 方法与材料 1.1 数据获取 GSE138198 和 GSE54958 数据集从 GEO 网站下载，GPL6244 测序平台用于这两个数据集基因的转换。本研究由 13 例桥本甲状腺炎组织和 7 例正常甲状腺组织组成。从 ImmPort 数据库中获取 1793 个免疫相关基因。1.2 lncRNA 和 mRNA 差异分析 使用 limma R 包评估 GSE138198 和 GSE54958 原始数据集，并合并两个数据集进行联合分析。以logFC1.5，校准后 p 值1.5，校准后 p 值0.05 为筛选标准。其中 p0.05 为差异有统计学意义。中文科技期刊数据库（文摘版）医药卫生 2 A：lncRNA 火山图；B：lncRNA 热图；C：mRNA 火山图；D：mRNA 热图 图 1 差异 lncRNA 及 mRNA 的火山图和热图 A：ceRNA 网络；B：hub 基因；C：hub 基因与免疫相关基因 venn 图 图 2 ceRNA 网络构建及 hub 基因筛选 2 结果 2.1 差异 lncRNA 及 mRNA 与正常甲状腺组织比较，桥本甲状腺炎组织有 47个差异 lncRNA，其中 3 个上调，44 个下调（图 1A 和1B）。1800 个差异 mRNA，其中 935 个上调，865 个下调（图 1C 和 1D）。2.2 ceRNA 网络构建 miRcode 预测到 202 个 miRNA，TargetScan、miRDB及 mirTarBase 共预测到 1269 个 mRNA，与差异基因取交集后有 98 个差异 mRNA，删除不在节点的 lncRNA 与miRNA，最后由 21 个 lncRNA、31 个 miRNA 及 98 个 mRNA组成 ceRNA（图 2A）。2.3 PPI 网络筛选核心基因 String 数据库和 Cytoscape 软件分析和构建 98个 mRNA 的蛋白网络图，图中 42 个节点，38 条边，前10 hub 表达基因是如图 2B。2.4 免疫相关的 ceRNA 网络 hub 基因与免疫相关基因取交集共发现 5 个基因（IFNAR1、JAK2、IRF1、TBK1、MAPK14）（图 2C），根据 ceRNA 免疫基因构建 ceRNA 网络图，包含 15 个lncRNA，5 个 miRNA 及 5 个 mRNA图 3。图 3 免疫相关 ceRNA 子网络 3 讨论 中文科技期刊数据库（文摘版）医药卫生 3 桥本甲状腺炎（HT）是一种以甲状腺弥漫淋巴浸润的细胞免疫反应，和产生自身抗体的体液免疫反应为特征的自身免疫性疾病3。因此，探索免疫调节在HT 的发生发展中的作用具有重要的意义。研究发现，自身免疫性疾病中 LncRNA-miRNA-mRNA 调控网络不仅参与疾病发生发展，还可以调控药物治疗效果，如LncRNA XIST 通过在骨关节炎中充当 miR12775p 的内源竞争 RNA（ceRNA）作用来促进细胞外基质降解，成为治疗 OA 新的靶点4，因此这一新型的 ceRNA 调节轴有望成为预测 RA 患者对 TGT 治疗反应的生物标志，提高个性化医疗水平。HT 发病的关键机制是自身性免疫的发生，故本研究通过关联免疫相关基因，从 ceRNA 网络中 21 个lncRNA，得到 15 个 lncRNA。其中 HCP5 和 LY86-AS1参与到多种自身免疫性疾病病程中，且 HCP5 和 HCG27的编码基因都是位于主要组织相容性复合体基因区域内。研究表明 HCP5 是参与人类获得性和先天性免疫的调控性 lncRNA，在某些自身免疫性疾病和肿瘤中存在促进作用，这一与免疫和肿瘤密切相关的特性使它成为肿瘤治疗的潜在靶点5。lncRNA LY86-AS1 在自身免疫性疾病叶型天疱疮和其他免疫相关皮肤病的免疫病理机制中发挥关键作用6。HCP5 和 LY86-AS1 异常表达是首次在 HT 组织中报道，根据其在其他自身免疫疾病中的作用，我们推测可能在桥本甲状腺炎中起到重要作用，但是其他lncRNA在自身免疫疾病中仍未有报道，其作用有待研究。近年来，越来越多的证据表明 HT 的发病机制与免疫和炎症反应有关。因此，探索 ceRNA 网络中免疫相关基因具有重要的价值。我们通过 String 数据库和cytoscape 软件筛选出 hub 基因，进一步筛选出 5 个免疫相关基因，分别是 JAK2，IFNAR1，MAPK14，IRF1 和TBK1，目前该 5 个基因在免疫调节中的作用均有文献报道。首先，JAK/STAT 信号通路介导了细胞因子对免疫细胞反应调节的作用。有缺陷的 JAK/STAT 信号传导会导致各种免疫疾病，例如免疫缺陷。相反，JAK/STAT信号的过度激活与自身免疫和癌症有关。通过小分子蛋白靶向抑制 JAK/STAT，可使细胞因子对细胞失去作用并干扰功能性免疫细胞标志物来阻碍免疫细胞功能（例如细胞迁移）。JAK 抑制剂作为自身免疫和移植医学中使用的新兴免疫抑制药物受到广泛关注7。其次，在糖尿病前期NOD小鼠中阻断干扰素受体1（IFNAR1）会加速糖尿病进展并增加 Th1 反应。而使用前列腺素受体 4（PTGER4）拮抗剂治疗该小鼠可恢复 IFNAR1 信号通路，减少 IL-1 信号转导，进而减少胰岛的白细胞浸润。因此，通过 IFNAR1 等信号调节先天免疫平衡可能有助于自身免疫的治疗8。再次，MAPK14 的激活会阻碍自噬体-溶酶体融合，从而降低自噬。HT 患者甲状腺组织中自噬水平降低，且甲状腺上皮细胞中自噬减少导致活性氧（ROS）堆积进而诱导细胞凋亡9。然后，干扰素调节因子 1（IRF1）在自身免疫性疾病免疫调节中起到重要作用。10。TBK1 作为固有免疫信号通路中的一个中心节点蛋白，在抵抗病毒感染、维持机体免疫稳态过程中发挥至关重要的作用。病原微生物的感染往往会伴随炎性细胞因子的大量产生，严重时会造成细胞因子风暴引起急性呼吸窘迫综合征，威胁人类生命健康，因此精准调控 TBK1 的激活可避免免疫系统的过度反应11。综上，在自身免疫性疾病中，JAK2，IFNAR1，MAPK14，IRF1 和 TBK1 均参与疾病的发展，因此探索这些免疫基因在HT中的作用机制可在机制和治疗方法上具有重要的临床价值。参考文献 1王正,张倩月,叶小萍,等.桥本甲状腺炎患者甲状腺与外周血 T 细胞的单细胞转录组分析J.中华内分泌代谢杂志,2022(9):766-774.2肖剑伟,蔡旭,陈新鹏,等.类风湿关节炎患者滑膜组织 lncRNA 表达及基于 CeRNA 网络的生物信息学分析J.临床与病理杂,2020,40(5):1144-1153.3何程程,金国玺,毕娅欣.外周血 B 细胞活化因子及白介素 21 在桥本甲状腺炎中的表达J.中华全科医学,2021(4):568-571.4吕根兵,李军.血清 lncRNA XIST 与老年膝关节骨性关节炎病情严重程度及炎性因子水平的相关性J.河北医药,2023(5):671-674.5Kulski,J.K.Long Noncoding RNA HCP5,a Hybrid HLA Class I Endogenous Retroviral Gene:Structure,Expression,and Disease AssociationsJ.Cells,2019,8(5).480-484.6Salviano-Silva,A.,Farias,T.D.J.,Bumiller-Bini,V.,et al.Genetic variability of immune-related lncRNAs:polymorphisms in LINC-PINT and LY86-AS1 are associated with 中文科技期刊数据库（文摘版）医药卫生 4 pemphigus foliaceus susceptibilityJ.Exp Dermatol,2021,30(6),831-840.7肖凡妮,青玉凤,张全波.JAK/STAT 信号通路在风湿免疫性疾病中作用的研究进展 J.中国全科医学,2022,25(17):2159-2164.8Rahman,M.J.,Rodrigues,K.B.,Quiel,J.A.,et al.Restoration of the type I IFN-IL-1 balance through targeted blockade of PTGER4 inhibits autoimmunity in NOD miceJ.JCI Insight,2018,3(3):97843.9Xu,C.,Wu,F.,Mao,C.,et al.Excess iodine promotes apoptosis of thyroid follicular epithelial cells by inducing autophagy suppression and is associated with Hashimoto thyroiditis diseaseJ.J Autoimmun,2016(75):50-57 10李娜,黄友军.李志超,等.慢性咳嗽变异性哮喘患者外周血单个核细胞中STAT1,IRF1蛋白水平与临床急性 发 作 的 相 关 性 分 析 J.现 代 检 验 医 学 杂志,2022,32(2):110-114.19徐赫男,李新宇,方敏,等.TANK 结合激酶 1 在固有免疫应答中的作用及其泛素化调控J.当代医学,2021(4):1189-1204.基金项目：镇江市 169 工程项目（YLJ202114）；镇江市社会发展指导性科技计划项目（FZ2022084）。