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基于GEO数据库挖掘妊娠期高血压疾病患者胎盘潜在标志物及可能机制

2020-08-08 528 上传者：管理员

摘要：目的探讨基于GEO数据库挖掘妊娠期高血压疾病患者胎盘潜在标志物及可能机制。方法从GEO数据库中收集妊娠期疾病高血压疾病人群研究的胎盘mRNA基因芯片GSE98224，共计48例，并根据是否发生妊娠期高血压疾病将其分为两组，即妊娠期高血压疾病组和对照组。在GEO2R平台内进行两组间的差异mRNA分析，筛选出修正P值<0.05的基因数据，将筛选出的差异基因导入String在线数据库，完成这些基因编码蛋白之间的相互作用，以及GO富集分析和KEGG通路富集分析。结果从共计44098个有效基因中，筛选出151个差异基因，其中丝裂原活化蛋白激酶8(MAPK8)、硫氧蛋白还原酶1(TXNRD1)以及V-set和免疫球蛋白结构域遏制蛋白4(VSIG4)是处于网络核心的蛋白。差异基因主要参与的生物学过程包括对缺氧的反应、形成细胞骨架组织、吞噬作用等;主要富集的细胞组分是质膜的整体成分、细胞质膜及细胞外基质等;主要发挥的分子功能包括蛋白绑定识别、转运活性及NAD绑定等;主要参与的信号通路包括癌症中错配调节信号通路、C转运蛋白信号通路、钙附着信号通路及花生四烯酸代谢信号通路。结论妊娠期高血压的发生可能与MAPK8、TXNRD1以及VSIG4所参与的调节通路有关。

关键词：
GEO数据库
妊娠期高血压疾病
生物标志物
血压升高
调节通路
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妊娠期高血压疾病是一种严重的围生期疾病，主要临床表现为短期内血压升高、蛋白尿和水肿，目前在我国的发病率约为9.4%，且呈上升趋势[1]。妊娠期高血压严重威胁着母婴的健康，甚至可造成孕妇及新生儿的死亡，提高妊娠期高血压疾病的诊疗水平具有重要意义。但是，目前妊娠期高血压疾病的发病机制仍未完全阐明，若能进一步挖掘其潜在机制，对于早期诊断及预防具有重要意义[2]。基因表达文库(GEO)数据库是美国国立生物技术信息中心打造的一个基因表达数据库，共享的基因组数据为疾病的诊疗及机制研究提供了参考[3]。本研究拟通过GEO数据库，对妊娠期高血压疾病患者胎盘中差异表达的基因进行挖掘，从而为妊娠期高血压疾病的机制研究提供参考。

1、材料与方法

1.1材料来源

从GEO数据库中下载妊娠期高血压疾病人群研究的外周血mRNA基因芯片GSE98224(48例)数据，并根据是否发生妊娠期高血压疾病将其分为两组，即妊娠期高血压疾病组和对照组。

1.2方法

1.2.1差异基因选取

在GEO2R平台内(www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r)，对两组的mRNA数据进行差异性分析，筛选出修正P值<0.05的基因数据。

1.2.2蛋白互作网络的构建

将筛选出的差异表达基因导入String数据库(http://fahf9da9355cee4241958bee75e40c103f88hoxcppq6kwou66v5x.fyay.oca.swupl.edu.cn/)，获得这些基因编码蛋白质之间的相互作用，并行聚类分析，以找出处于聚类网络核心的关键蛋白。

1.2.3差异基因的基因本体富集分析

使用在线分析工具DAVID对筛选出的差异基因进行京都基因与基因组百科全书通路(KEGG通路)富集分析和基因本体(GO)富集分析。

2、结果

2.1差异基因选取结果

从共计44098个有效基因中，筛选出151个复合既定条件的差异表达基因。

2.2蛋白相互作用网络差异

基因编码蛋白之间相互作用的网络见图1。

其中丝裂原活化蛋白激酶8(MAPK8)、硫氧蛋白还原酶1(TXNRD1)以及V-set和免疫球蛋白结构域遏制蛋白4(VSIG4)是处于网络核心的蛋白。

2.3GO富集分析

GO富集分析分为生物学过程、细胞组分和分子功能3个方面，差异基因主要参与的生物学过程包括对缺氧的反应、形成细胞骨架组织、吞噬作用、对雌激素的反应、离子传输和对安非他明的反应;主要富集的细胞组分是质膜的整体成分、细胞质膜、细胞外基质、细胞器隔膜、微管细胞骨架及细胞间桥接蛋白;主要发挥的分子功能包括蛋白绑定识别、转运活性、NAD绑定、与物质的跨膜运动相结合、ATP酶活性及连接酶活性。见图2。

图2GO富集分析

2.4KEGG通路富集分析

这些差异基因主要覆盖的信号通路有4条，即癌症中错配调节信号通路、C转运蛋白信号通路、钙附着信号通路和花生四烯酸代谢信号通路。见图3。

图3KEGG通路富集分析

3、讨论

妊娠期高血压疾病是指孕妇妊娠20周以后出现的血压升高和蛋白尿，并伴有呕吐、上腹不适等症状，世界卫生组织在一项分析中统计了2003年至2009年间产妇的死亡原因，发现高血压在所有原因中占14%，排在第二位[4]。但是，目前妊娠期高血压疾病的发病机制尚未完全阐明，也缺少有效预防措施[5]，故进一步探索妊娠期高血压疾病的发病机制，以实现早期识别妊娠期高血压疾病高危人群，并及时采取相应措施，将有助于改善母婴结局。GEO数据库是目前最大最全面的，面向公众开放的基因表达数据，目前已经发表论文中所涉及的基因数据，绝大部分均可从GEO数据库中下载获得，这为妊娠期高血压的机制研究提供了新的研究途径和手段[6,7]。

本研究发现，在151个差异蛋白中，MAPK8、TXNRD1以及VSIG4处于蛋白相互作用网络的核心，提示这3种蛋白可能与妊娠期高血压疾病的形成有关。其中，促炎细胞因子等细胞外刺激或物理刺激导致机体产生应激，均可通过MAPK8引起的级联反应激活MAPK信号通路，从而调节多种生物进程，例如细胞增殖，分化，迁移，转化和程序性细胞死亡。MAPK级联信号转导途径，包括细胞外信号调节蛋白激酶通路(ERK)、c-Jun氨基末端激酶通路/应激激活蛋白通路(SAPK)和p38MAPK通路(p38MAPK)[8]。陈丽红等[9]通过对大鼠主动脉的研究发现，p38MAPK通路与血管内皮损伤和高血压靶器官损害密切相关，Feng等[10]通过检测先兆子痫小鼠模型胎盘中p38MAPK信号通路以及氧化应激相关蛋白和细胞因子发现，p38MAPK激活可促进氧化应激反应，加速细胞凋亡，这与本实验中筛选出的MAPK8相关功能一致。

TXNRD1是一种含硒蛋白，其在机体内可参与转录因子的调控、生长调控、蛋白质与DNA的相互作用以及DNA合成，其异构体TXNRD5还可介导干扰素-β和维甲酸联合诱导的细胞死亡[11]。虽然TX-NRD1在妊娠期高血压中作用鲜有研究，但有证据表明，含硒蛋白与心血管疾病、子痫及癌症密切相关[12]。KEGG通路分析亦发现癌症中错配调节信号通路与妊娠期高血压密切相关，这也与TXNRD1参与的功能一致，因此TXNRD1或许是妊娠期高血压潜在的发病机制之一。

VSIG4可作为吞噬细胞受体，对鼠、人T细胞增殖和IL-2的产生有较强的负性调节作用[13]，这与GO富集分析发现的吞噬作用和蛋白绑定识别功能一致，而且VSIG4仅表达于静息组织巨噬细胞表面，在自身免疫性炎症灶中不表达，这种表达特异性提示，VSIG4作为抑制性配体可能在维持健康组织中T细胞无反应性中起重要作用[14]。赵野研究发现，CD4+T细胞，CD25+T细胞主要表达在细胞滋养细胞、蜕膜细胞、内皮细胞、合体滋养细胞、绒毛间质细胞中，重度子痫前期及子痫组患者的胎盘组织中，T细胞在的表达与正常对照组比较均有显著性意义，表明VSIG4调控的T细胞增殖情况对于妊娠期高血压的发病具有相关性[15]。

综上所述，本实验通过GEO公共数据库，挖掘了妊娠期高血压患者胎盘中的潜在标志物及可能致病机制，发现MAPK8、TXNRD1以及VSIG4可能与妊娠期高血压的发生有关，为妊娠期高血压的进一步研究提供了一定的参考。

参考文献：

[2]程颖,周树民.先兆子痫生物标志物的研究进展[J].医学综述,2018,24(11):2114-2118.

[3]张新春,郑景辉,莫云秋,等.基于GEO数据库芯片的早期ST段抬高性心肌梗死标志物的筛选及生物信息学分析[J].当代医学,2018,24(12):1-6.

[5]王链链,杜鹃.子痫前期的高危因素及预测指标的研究进展[J].中华实用诊断与治疗杂志,2018,32(11):1129-1131.

[9]陈丽红,邱中原,胡继芬.子痫前期患者胎盘中p38MAPK及COX-2的表达及意义[J].第三军医大学学报,2012,34(6):521.

[14]郑芳,罗思羽,韩燕,等.Vsig4和免疫球蛋白Fc段融合蛋白的真核表达纯化[J].现代生物医学进展,2016,16(26):5001-5005+5134.

[15]赵野.胎盘组织中CD4+CD25+调节性T细胞数量与妊娠期高血压疾病相关性研究[D].长春:吉林大学,2010.

史云,刘洋.妊娠期高血压疾病患者胎盘组织潜在标志物及可能机制研究进展[J].中国妇幼保健,2020,35(02):380-382.