学术研究报告：通过微阵列数据分析溃疡性结肠炎与动脉粥样硬化的分子机制
一、作者与发表信息
本研究由Min Wu（贵州中医药大学）、Dong Liu（贵州中医药大学第二附属医院）、Xiaoman Xiong、Qiang Su、Yi Xiang、Lang Shen（贵州中医药大学）、Zhenxiang An（贵州中医药大学第一附属医院）及Xiaofang Yang（贵州中医药大学）共同完成，发表于Scientific Reports（2025年，卷15，文章编号10715）。
二、学术背景
研究领域与背景知识
溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）和动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AA）均为慢性炎症性疾病，前者累及结肠，后者影响血管壁。既往研究表明，UC患者发生AA的风险显著增加（2–4倍），但两者共病的分子机制尚未明确。两者共享炎症、免疫失调及脂代谢异常等通路，例如TNF-α、TLR（Toll样受体）、IL-1β等细胞因子的参与。
研究目的
本研究旨在通过生物信息学方法，从基因表达层面揭示UC与AA的共同分子机制，筛选关键差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）和枢纽基因（Hub Genes），并探索其功能通路，为两种疾病的共病机制提供新见解。
三、研究流程与实验方法
1. 数据获取与预处理
- 数据来源：从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库下载两个数据集：
- GSE36807：UC患者（13例）与健康对照（7例）的结肠组织数据。
- GSE28829：早期（13例）与晚期（16例）AA患者的颈动脉组织数据。
- 筛选标准：人类样本、Affymetrix GPL570平台、包含病例与对照组。
2. 差异表达基因分析
- 工具：使用GEO2R在线工具及R语言“limma”包分析DEGs。
- 阈值：调整后p值<0.05，|log2FC|>1。
- 结果：
- UC数据集（GSE36807）鉴定出1,048个DEGs，AA数据集（GSE28829）鉴定出571个DEGs。
- 通过韦恩图分析，发现105个共同DEGs（92个上调，13个下调）。
3. 功能富集分析
- 方法：使用R包“clusterProfiler”进行GO（Gene Ontology）和KEGG通路分析。
- 关键发现：
- GO富集：DEGs显著富集于白细胞迁移、细胞因子介导的信号通路、整合素结合等生物学过程。
- KEGG通路：涉及中性粒细胞胞外陷阱形成（Neutrophil Extracellular Trap Formation）、TLR信号通路、脂质代谢等。
4. 蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络构建
- 工具：STRING数据库（交互评分>0.4）和Cytoscape软件。
- 模块分析：通过MCODE插件识别3个关键子网络模块，包含27个基因和73个交互对。
- 枢纽基因筛选：使用CytoHubba插件（基于MCC、EPC等算法）鉴定出16个Hub Genes，包括：
- CCL4、TLR2、ITGB2、MMP9、ICAM1等。
5. Hub Genes验证与转录因子预测
- 验证数据集：
- GSE38713（UC）和GSE100927（AA）验证Hub Genes表达水平。
- 转录因子（TFs）预测：通过TRRUST数据库预测调控Hub Genes的TFs，发现6个关键TFs（如CEBPA、HIF1A、IRF1）在UC和AA中高表达。
四、主要研究结果
- 共同DEGs与功能通路：105个共同DEGs显著富集于炎症和免疫相关通路，提示UC与AA共享分子机制。
- 枢纽基因的生物学意义：
- CD163：巨噬细胞激活标志物，通过NF-κB通路促进血管炎症。
- MMP9：基质金属蛋白酶，破坏内皮完整性，加速动脉粥样硬化斑块形成。
- ICAM1：介导白细胞黏附，参与UC肠道屏障损伤和AA血管炎症。
- 转录因子调控网络：CEBPA、HIF1A等TFs可能协同调控Hub Genes的表达。
五、研究结论与意义
- 科学价值：首次通过生物信息学方法系统揭示UC与AA的共享分子机制，提出16个Hub Genes和6个关键TFs作为潜在治疗靶点。
- 应用价值：为UC患者并发AA的早期诊断和联合治疗策略提供理论依据。
六、研究亮点
- 多组学整合分析：结合微阵列数据、PPI网络和功能富集，全面解析疾病关联。
- 枢纽基因的跨疾病验证：通过独立数据集验证Hub Genes的表达一致性。
- 创新性发现：提出CD163和MMP9等基因在两种疾病中的双重作用机制。
七、其他有价值内容
- 局限性：缺乏临床样本验证，需进一步实验研究Hub Genes的功能机制。
- 未来方向：探索靶向Hub Genes（如TLR2抑制剂）在UC和AA治疗中的潜在应用。
（报告字数：约1,800字）