轟轟烈烈的第一輪新冠感染，似乎銷(xiāo)聲匿跡了，但是第二輪新冠感染高峰的時(shí)間，卻一直有各種預(yù)測(cè)。

社會(huì)角度的討論先暫且不同，基于小云的職業(yè)病，從基礎(chǔ)研究的角度來(lái)說(shuō)，小云可以大膽預(yù)測(cè)一波，新冠病毒相關(guān)的生信挖掘思路會(huì)百花齊放。

原因有2點(diǎn)：

1）可用數(shù)據(jù)增多：過(guò)去新冠患者偏少，且限于安全性等問(wèn)題，不少科研工作者接觸不到足夠的患者臨床數(shù)據(jù)。那么現(xiàn)在，伴隨著新冠的大范圍發(fā)生，相信各個(gè)醫(yī)院手頭都有不少患者的新冠感染臨床數(shù)據(jù)，這剛好可以用作后續(xù)的各種分析和挖掘。

2）?“雙疾病分析”這個(gè)點(diǎn)和新冠天生八字比較合：?“雙疾病分析”分析的關(guān)鍵是能獲得兩種有相關(guān)性的疾病，那么新冠病毒感染及其并發(fā)癥則剛好滿(mǎn)足這個(gè)特征，比如小云檢索發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)前報(bào)道顯示，新冠感染可能和如下疾病有關(guān)：

一、呼吸系統(tǒng)疾病。

二、膿毒癥，表現(xiàn)為高熱，伴有全身的感染中毒癥狀，嚴(yán)重者可以出現(xiàn)休克、死亡。

三、凝血功能障礙，血管內(nèi)可以出現(xiàn)血栓形成，出現(xiàn)DIC，可以表現(xiàn)為皮膚的瘀點(diǎn)、瘀斑，嚴(yán)重者可以出現(xiàn)腔道出血。

四、心肌炎，可以表現(xiàn)為心律失常、心肌酶升高，嚴(yán)重者可以出現(xiàn)心功能衰竭。

五、并發(fā)肝損傷，表現(xiàn)為肝生化的異常。

六、可以并發(fā)急性腎損傷，表現(xiàn)為蛋白尿、血尿、少尿，嚴(yán)重者可以出現(xiàn)急性腎衰。

七、可以并發(fā)腦膜炎，有個(gè)別病例報(bào)道可以并發(fā)腦膜炎，表現(xiàn)為頭疼、嘔吐、腦膜刺激征。

八、繼發(fā)細(xì)菌、真菌等感染

這里面，最直接的可能還是呼吸系統(tǒng)疾病了。我們就以一篇7+的研究新冠與哮喘的文章為案例，進(jìn)行分析展示，方便大家復(fù)現(xiàn)。（如果沒(méi)有分析思路或者文獻(xiàn)復(fù)現(xiàn)有困難，可以找小云，超多創(chuàng)新性高的分析思路和分析服務(wù)供你選擇！）

l?題目：哮喘患者?COVID-19 感染潛在治療靶點(diǎn)的分析和驗(yàn)證

l?雜志：Cell Commun Signal

l?影響因子：IF=7.5

l?發(fā)表時(shí)間：2022年12月

研究背景

哮喘是一種常見(jiàn)的氣道慢性炎癥性疾病。哮喘患者極易感染病毒和流感病毒，這與干擾素生成不足和對(duì)病毒的先天免疫反應(yīng)不足有關(guān)。新型冠狀病毒現(xiàn)在是一種新病毒，因此患有哮喘病的人應(yīng)該比健康人采取更多的預(yù)防措施。已經(jīng)對(duì)COVID-19與哮喘之間的關(guān)系進(jìn)行的調(diào)查表明成年哮喘患者患重癥COVID-19的風(fēng)險(xiǎn)增加。但也有數(shù)據(jù)不支持感染新型冠狀病毒的哮喘患者易發(fā)生重癥肺炎的結(jié)論。因此，COVID-19與哮喘之間的相互作用仍不清楚，且COVID-19和哮喘是否具有共同的致病機(jī)制以及診斷和治療生物標(biāo)志物是否相同的研究仍然很少。

數(shù)據(jù)來(lái)源

研究思路

從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)下載哮喘和COVID-19患者的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，分別獲得哮喘和COVID-19的差異表達(dá)基因，并取交集，對(duì)共同基因進(jìn)行功能富集分析，以確定共同的致病分子機(jī)制。構(gòu)建蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用 (PPI) 網(wǎng)絡(luò)并從網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別關(guān)鍵基因。將GSE195599中差異表達(dá)的lncRNA和GSE196822數(shù)據(jù)集相交以構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源性 RNA (ceRNA) 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。分別驗(yàn)證COVID-19 中關(guān)鍵基因的診斷功效和哮喘關(guān)鍵基因的差異表達(dá)。在細(xì)胞模型中驗(yàn)證CXCR1在哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用。

主要結(jié)果

1. 雙疾病差異表達(dá)基因的篩選及功能富集分析

為了研究哮喘與COVID-19之間的關(guān)系和相互作用，作者從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)的GSE195599和GSE196822數(shù)據(jù)集分別獲取1358個(gè)差異表達(dá)的mRNA（圖1A）和1716個(gè)差異表達(dá)的mRNA中（圖1B）。我們?cè)谙虲OVID-19數(shù)據(jù)集之間確定了393個(gè)共有的差異表達(dá)mRNA（圖1C）。對(duì)393個(gè)常見(jiàn)的差異表達(dá)mRNAs進(jìn)行了GO富集分析和KEGG富集分析發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞分化以及脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化方面基因存在變化（圖1D、E)。（ps：火山圖也可以用小云新開(kāi)發(fā)的零代碼生信分析小工具實(shí)現(xiàn)，云生信分析工具平臺(tái)包含超多零代碼分析和繪圖小工具，上傳數(shù)據(jù)一鍵出圖，感興趣的小伙伴歡迎來(lái)嘗試喲，網(wǎng)址：http://www.biocloudservice.com/home.html）。

圖1雙疾病差異表達(dá)基因的篩選及功能富集分析

2. 差異基因的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析

作者利用STRING數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了一個(gè)蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)（圖2A)。使用Cytoscape軟件分析蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)，篩選出關(guān)鍵基因（TLR4、TLR2、MMP9、EGF、HCK、FCGR2A、SELP、NFKBIA、CXCR1、SELL）（圖2B).這些關(guān)鍵基因可能是哮喘和COVID-19的生物標(biāo)志物。（ps：PPI分析也可以用小云新開(kāi)發(fā)的零代碼生信分析小工具實(shí)現(xiàn)哦，具體信息參見(jiàn)上條內(nèi)容）。

圖2差異表達(dá)基因的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析

3. lncRNA-miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

作者分析了GSE195599和GSE196822數(shù)據(jù)集，從哮喘中獲得507個(gè)差異表達(dá)的lncRNA（圖3A），在COVID-19數(shù)據(jù)集中的304個(gè)差異表達(dá)的lncRNA,（圖3B)。從哮喘和COVID-19數(shù)據(jù)集之間確定了13種常見(jiàn)的差異表達(dá)lncRNA（圖3C）。利用StarBaseV3.0數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)差異表達(dá)的lncRNA調(diào)控的miRNA（圖3D)。利用Cytoscape軟件構(gòu)建lncRNA-miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖3E)。

圖3?lncRNA-miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

4. 驗(yàn)證關(guān)鍵基因在?COVID-19 診斷中的作用

對(duì)COVID-19數(shù)據(jù)集GSE196822和GSE171110獲得的關(guān)鍵基因繪制ROC曲線(xiàn)（圖4A、B），評(píng)估TLR4、TLR2、MMP9、EGF、HCK、FCGR2A、SELP、NFKBIA、CXCR1和SELL等基因?qū)OVID-19診斷價(jià)值，發(fā)現(xiàn)MMP9的診斷價(jià)值最高（AUC=0.975）。對(duì)GSE171110中關(guān)鍵基因的進(jìn)行熱圖分析（圖4C）。

圖4驗(yàn)證關(guān)鍵基因在?COVID-19 診斷中的作用

5.對(duì)哮喘關(guān)鍵基因的差異表達(dá)驗(yàn)證

對(duì)GSE69683數(shù)據(jù)集中的哮喘相關(guān)基因進(jìn)行了差異表達(dá)驗(yàn)證（圖 5)，結(jié)果表明TLR4、TLR2、MMP9、EGF、HCK、FCGR2A、SELP、NFKBIA、CXCR1和SELL等基因與哮喘發(fā)生顯著相關(guān)。

圖5對(duì)哮喘關(guān)鍵基因的差異表達(dá)驗(yàn)證

6. 哮喘細(xì)胞模型中關(guān)鍵基因的初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證前期分析結(jié)果，作者進(jìn)行了體外細(xì)胞模型的驗(yàn)證。通過(guò)IL-4、IL-13和IL-17A刺激BEAS-2B細(xì)胞以模擬哮喘微環(huán)境，發(fā)現(xiàn)炎癥標(biāo)志物TSLP和IL-25的表達(dá)在實(shí)驗(yàn)組中顯著上調(diào)（圖6A、B）。選擇CXCR1進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證（圖6C）。CXCR1的表達(dá)被siRNA沉默（圖6D)后，CCK-8檢測(cè)表明轉(zhuǎn)染si-CXCR1后，BEAS-2B細(xì)胞的活力顯著降低（圖6E)。

圖6哮喘細(xì)胞模型中關(guān)鍵基因的初步實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

文章小結(jié)

這篇文章是以新冠肺炎合并哮喘疾病為研究對(duì)象，利用了雙疾病相關(guān)的分析思路進(jìn)行的一篇非腫瘤數(shù)據(jù)挖掘研究，其具體的分析思路與常見(jiàn)的雙疾病研究并無(wú)顯著差異，所以我們更換雙疾病方向則可以進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)。

特別是當(dāng)前新冠病毒傳播廣泛，且相關(guān)并發(fā)癥較多，除了文首提到的8類(lèi)并發(fā)疾病之外，基于臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出的新潛在疾病也可以作為備選項(xiàng)。因此，如果對(duì)新冠疾病感興趣，換個(gè)并發(fā)癥就可以復(fù)現(xiàn)一篇文章，暫時(shí)還未做這方面分析的，那么趕緊動(dòng)手吧，抓緊復(fù)現(xiàn)。

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