使用生物信息學(xué)分析鑒定與股骨頭壞死中軟骨氧化應(yīng)激相關(guān)的中樞基因和通路
Identification of Hub Genes and Pathways Associated with Oxidative Stress of Cartilage in Osteonecrosis of Femoral Head Using Bioinformatics Analysis
本研究旨在鑒定股骨頭壞死（ONFH）中軟骨氧化應(yīng)激相關(guān)基因的hub基因和通路，并預(yù)測hub基因的轉(zhuǎn)錄因子。
方法
GSE74089從Gene Expression Omnibus (GEO)數(shù)據(jù)庫中獲得，包括4個(gè)壞死組織和4個(gè)正常組織，差異表達(dá)基因(DEGs)通過limma包用R語言識(shí)別。同時(shí)，我們在 Gene Ontology (GO) 數(shù)據(jù)庫中搜索與氧化應(yīng)激相關(guān)的基因。使用 DAVID、Metascape 和 GSEA 進(jìn)行 GO 和信號(hào)通路分析。利用STRING數(shù)據(jù)庫構(gòu)建蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，利用Cytoscape軟件的Degree算法篩選hub基因。最后，NetworkAnalyst 網(wǎng)絡(luò)工具用于查找中樞基因的轉(zhuǎn)錄因子 (TF)。
結(jié)果
GSE74089和GO數(shù)據(jù)庫共發(fā)現(xiàn)440個(gè)氧化應(yīng)激相關(guān)基因，其中88個(gè)差異表達(dá)顯著。這些基因主要參與MAPK信號(hào)通路、PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路、FOXO信號(hào)通路等多條信號(hào)通路。排名前 10 位的 hub 基因?yàn)?JUN、FOXO3、CASP3、JAK2、RELA、EZH2、ABL1、PTGS2、FBXW7、MCL1。此外，TFAP2A、GATA2、SP1和E2F1可能是hub基因的關(guān)鍵調(diào)控因子。
結(jié)論
我們通過一系列生物信息學(xué)分析確定了一些與 ONFH 氧化應(yīng)激相關(guān)的中樞基因和信號(hào)通路。
結(jié)果
候選基因篩選
經(jīng)過對數(shù)據(jù)集GSE74089的分析，一共發(fā)現(xiàn)了20844個(gè)基因，包括3626個(gè)DEGs。從GO數(shù)據(jù)庫中篩選出488個(gè)與氧化應(yīng)激相關(guān)的基因，其中440個(gè)在GSE74089的表達(dá)譜中可以匹配。維恩圖顯示，88個(gè)基因在DEGs和氧化應(yīng)激相關(guān)基因之間交叉，包括71個(gè)上調(diào)基因和17個(gè)下調(diào)基因。GSE74089的火山圖和88個(gè)OS-DEGs的熱圖
GSEA
將440個(gè)OS基因的表達(dá)信息上傳至GSEA軟件，利用Hallmark和KEGG基因集數(shù)據(jù)庫對OS基因表達(dá)譜的整體水平進(jìn)行基因分析。結(jié)果表明，大多數(shù)上調(diào)的基因參與了氧化磷酸化、缺氧、TGF-β 信號(hào)、PI3K-AKT-mTOR 信號(hào)和泛素介導(dǎo)的蛋白水解
GO和KEGG分析
為了分析 OS-DEGs 在 ONFH 中的作用，通過 GO 和 KEGG 分析了差異基因。GO BP表明它們主要富集于細(xì)胞對過氧化氫的反應(yīng)、細(xì)胞對氧化應(yīng)激的反應(yīng)、對氧化應(yīng)激的反應(yīng)。涉及的CC具體包括細(xì)胞質(zhì)、神經(jīng)細(xì)胞體。MF術(shù)語主要包括蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)同源二聚化活性、相同蛋白質(zhì)結(jié)合等。KEGG通路注釋顯示，靶向基因高度參與了多種通路，如癌癥通路、MAPK信號(hào)通路、PI3K-AKT信號(hào)通路和細(xì)胞凋亡
PPI 網(wǎng)絡(luò)分析
將選定的OS-DEGs導(dǎo)入String數(shù)據(jù)庫構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)，然后使用Cytoscape創(chuàng)建PPI網(wǎng)絡(luò)圖.?網(wǎng)絡(luò)圖包含 68 個(gè)節(jié)點(diǎn)和 198 條邊。MCODE插件分析PPI網(wǎng)絡(luò)圖的關(guān)鍵模塊，有2個(gè)模塊得分>4。KEGG分析顯示，第一個(gè)模塊主要富集在Alzheimer disease、mitophagy-animal、MAPK信號(hào)通路、IL-17信號(hào)通路、FOXO信號(hào)通路，第二個(gè)模塊主要集中在mitophagy-animal、PI3K-Akt信號(hào)通路、細(xì)胞凋亡，癌癥通路中的微小RNA.?使用cytoHubba插件查找網(wǎng)絡(luò)圖中的hub節(jié)點(diǎn)，排名前10的基因分別是JUN、FOXO3、CASP3、JAK2、RELA、EZH2、ABL1、PTGS2、FBXW7、MCL1。
轉(zhuǎn)錄因子-基因?qū)?/h1>
我們找到了4個(gè)度數(shù)≥5的轉(zhuǎn)錄因子，構(gòu)建了TFs-genes網(wǎng)絡(luò)圖?它們是 TFAP2A（度數(shù)：6；介數(shù)：93）、GATA2（度數(shù)：5；介數(shù)：96）、SP1（度數(shù)：5；介數(shù)：85）和 E2F1（度數(shù)：5；介數(shù)：85）
