生信小课堂，全网同名
关于非肿瘤生信，我们也解读过很多，主要有以下类型
1 单个疾病WGCNA+PPI分析筛选hub基因。
2 单个疾病结合免疫浸润，热点基因集，机器学习算法等。
3 两种相关疾病联合分析，包括非肿瘤结合非肿瘤，非肿瘤结合肿瘤或者非肿瘤结合泛癌分析
4 基于分型的非肿瘤生信分析
5 单细胞结合普通转录组生信分析
目前非肿瘤生信发文的门槛较低，有需要的朋友欢迎交流
研究背景：
骨关节炎(OA)是一种退行性相关关节炎，其特征为关节软骨破坏、骨赘形成、滑膜炎和软骨下骨硬化。骨性关节炎的患病率随着人类预期寿命的延长而增加。到2030年，骨性关节炎预计将成为65岁以上人群疼痛、残疾和运动障碍的主要原因。滑膜炎被认为是活动能力受损、骨髓病变和关节疼痛的主要原因之。滑膜炎发生于OA的任何阶段，其发病率随着OA的进展而增加。骨性关节炎患者脂代谢异常已引起越来越多的关注。此前，有报道称健康人与OA患者滑液中脂质代谢物存在明显的异质性。花生四烯酸(AA)是最关键的脂质代谢产物之一，在OA滑液中降低。花生四烯酸(AA)代谢障碍导致OA滑膜炎。然而，滑膜AA代谢通路(AMP)相关基因对OA的影响尚不清楚。
流程图：
花生四烯酸代谢相关基因在骨关节炎诊断和滑膜免疫中的综合分析流程图
研究结果
一、OA中AMP基因上调
1、在去除三个OA滑膜相关数据集(GSE12021, GSE29746, GSE55235)之间的批处理效应后得到了一个包含30个OA和30个CT基因表达谱样本的集成数据库。OA滑膜组织中AMP相关基因表达水平明显上调(p=0.031)(图2A)。
2、图2B显示OA滑膜中7个AMP相关基因上调，6个AMP相关基因下调。
3、OA组和CT组AMP基因表达呈现明显的异质性(图2C)。
二、AMP 5个枢纽基因的鉴定
1、为了进一步探讨AMP基因在OA滑膜中的重要性，使用随机森林分析和SVM-RFE算法对AMP相关基因的重要性进行排序。两种探测方法得到的前10个基因的交集被确定为AMP的指定枢纽基因(图3A)。
2、基于单变量logistic回归结果，将这些指定的枢纽基因纳入nomogram(图3B)构建和ROC(图3C)分析，以探索其作为OA患者诊断标志物的潜力。
3、ROC (AUC=0.979)、校准(图3D)和DCA分析(图3E)的结果表明，nomogram模型具有较强的预测能力和临床有效性。
4、nomogram模型比单个指定基因显示出更大的诊断价值(图3E)。
5、使用一个外部验证数据集(GSE55457)来验证OA组和CT组之间7个枢纽基因的差异表达。
6、如图3所示，7个被提名hub基因的表达趋势中，有5个表达与训练队列中的表达趋势一致，ITC4、PTGS2、MAPKAPK2、CBR1、PTGS1在图4中。
三、骨性关节炎滑膜中与IME相关的hub基因的表达
1、如图5所示，MAPKAPK2的表达与22种免疫细胞浸润中的5种、24种炎症因子中的8种显著相关，与髓系树突状细胞丰度呈负相关。
四、年龄、性别、免疫特征在三组间的比较
1、基于5个枢纽基因的表达，使用共识聚类分析将OA患者分为3个聚类(图6A)。
2、在三个聚类中观察到5个枢纽基因表达的显著异质性(图6B)。
3、与聚类1和聚类3相比，聚类2中老年OA患者更多(图6C)。
4、5个枢纽基因在所有聚类中均表现出较强的OA预测能(图6D)。
5、性别在三个组中没有差异(图6E)。
6、MAPKAPK2、PTGS2、IL-6、内皮细胞表达上调，PTGS1、CRB1、TNF、CSF2、单核细胞和B细胞在聚类2中下调(图7A-C)。
五、共表达网络的建立
1、基于最优动态树切割和层次聚类，以3个亚型为特征，筛选出所有具有统计学意义的共表达模块(图8A, B)。
2、选取与各聚类相关度最高的WGCNA模块进行GO/KEGG富集分析。发现簇1与TNF信号通路负相关(图8C)，簇2与活性氧(ROC)代谢过程正相关(图8D)，簇3主要与含胶原蛋白的细胞外基质相关(图8E)。
六、单细胞分析再次表明AA代谢与OA滑膜免疫相互作用
1、从GSE152815数据集中获得两个OA样本的2485个细胞的基因表达谱。
2、如图9A和图9B所示，测序对检测到的基因数量、所选数据的归一化进行分析。
3、选择前2000个高变异基因进行进一步分析(图9B)。
4、使用“RunPCA”函数降维，识别出9个聚类(图9C, D)。
5、每个聚类的前10个标记基因，每个聚类的前5个标记基因见热图(图9E)。
6、使用“Single R”对功能或细胞注释，5种细胞类型(成纤维细胞、巨噬细胞、B细胞、DC和T细胞)被注释并显示(图9F)。
7、图10A显示了AMP hub基因在不同细胞类型中的分布和表达与其他免疫细胞类型相比，hub基因在巨噬细胞中表达较高。
8、AA代谢在OA细胞中的评分采用AUCell分析，其中以纤维母细胞评分最高，其次为巨噬细胞和B细胞(图10B, C)。
9、AHscore在OA细胞中的分布和水平与AA代谢相似，评分范围从纤维母细胞、巨噬细胞、B细胞、DC到T细胞。(图10D, E)。
10、对得分高组和低组的DEG进行GSEA富集分析。在巨噬细胞簇中，标志性的炎症相关通路如凋亡、炎症反应和TGF_BETA_SIGNALING显著上调(图10F)。
11、AHscore高组和低组之间的DEGs在AA代谢和免疫相关通路中高度富集，如AA代谢、细胞因子受体相互作用、产生IGA的肠道免疫网络和MAPK信号通路(图10G, H)。
总结：
在本文中应用bulk RNA-seq和scRNA-seq数据进行整合分析，发现所识别的枢纽基因与OA滑膜的IME密切相关。OA滑膜中AMP相关基因表达上调，并鉴定出7个枢纽基因(ltc4、PTGS2、PTGS1、MAPKAPK2、CBR1、PTGDS和CYP2U1)。结合已鉴定的hub基因的诊断模型对OA诊断具有较好的临床有效性(AUC=0.979)。此外，还发现hub基因表达、免疫细胞内侵和炎症细胞因子水平之间存在显著相关性。基于scRNA测序数据，我们发现hub基因在巨噬细胞和B细胞中表达相对高于其他免疫细胞。此外，巨噬细胞中炎症相关通路显著富集。这些结果表明AMP相关基因与OA滑膜信息的改变密切相关。枢纽基因的转录水平可作为骨性关节炎的潜在诊断标志。
网友评论