近年來，基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展已積累了大量的生物數(shù)據(jù)，為揭開生命神秘的面紗提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。生物信息學(xué)為其發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因(DEGs)高通量的方式提供了良好的時(shí)機(jī)和平臺，打破了低效率的限制、敏感性和特異性的傳統(tǒng)策略。青蓮專注于科研服務(wù)、藥學(xué)服務(wù)、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、大數(shù)據(jù)處理等多模塊業(yè)務(wù)，為廣大研究人員提供一體式平臺。

標(biāo)題：Identification of key pathways and genes in the progression of silicosis based on WGCNA

期刊：Inhal Toxicol（IF =3.011）

時(shí)間：2022.08

背景

矽肺是全球最常見的職業(yè)病之一，尤其是在包括南非和中國在內(nèi)的發(fā)展中國家。其主要原因是長期吸入大量含有游離二氧化硅顆粒，導(dǎo)致以肺部結(jié)節(jié)性纖維化為主的疾病，由于治療方式有限且缺乏對疾病機(jī)制的了解，矽肺及其導(dǎo)致的纖維化的預(yù)后極差。在本研究中，通過氣管內(nèi)注入不同濃度的二氧化硅建立了Wistar大鼠矽肺纖維化模型，提取肺組織最嚴(yán)重纖維化病變的RNA進(jìn)行測序，檢測差異表達(dá)基因(DEGs)，并通過加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)鑒定矽肺纖維化相關(guān)模塊和hub基因（北京青蓮百奧提供技術(shù)支持）。

文章重點(diǎn)

本研究通過測序和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，進(jìn)一步詳細(xì)描述矽肺纖維化的潛在分子機(jī)制。

研究思路

結(jié)果速遞

1：矽肺纖維化大鼠模型建立并通過病理組織切片染色和WB-Biomaker驗(yàn)證

作者將48只Wistar大鼠隨機(jī)分組，分別在不同濃度的二氧化硅環(huán)境中飼養(yǎng)14 d或28 d，后收集肺組織切片進(jìn)行HE（圖1：上左）和Masson（圖1：上右）染色。結(jié)果顯示：對照組肺組織未見明顯異常；相反，游離二氧化硅暴露組肺泡壁增厚程度不同，肺泡壁及周圍血管均有不同程度的炎癥細(xì)胞浸潤，特別是200 mg/mL游離二氧化硅顆粒暴露的大鼠肺組織。用Western-Blot驗(yàn)證了四種典型炎癥和纖維化蛋白（轉(zhuǎn)化生長因子-b1、腫瘤壞死因子-a、COL I、COLIII）的水平，與生理鹽水處理組相比，二氧化硅暴露大鼠肺組織中炎癥和纖維化中這四種代表性蛋白的水平顯著升高且展示出時(shí)間依賴趨勢（P<0.01和P<0.05）。

圖1：游離二氧化硅處理大鼠肺組織切片染色和WB結(jié)果

2：矽肺纖維化大鼠模型中DEGs的分析

200 mg/mL游離二氧化硅處理組的病理改變和典型炎癥和纖維化蛋白表達(dá)最為顯著，因此提取200 mg/mL游離二氧化硅顆粒和生理鹽水處理組14 d和28 d的大鼠肺組織RNA并進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)測序。根據(jù)RNA-seq數(shù)據(jù)，測定了30016個(gè)基因（200 mg/mL二氧化硅暴露14 d與生理鹽水處理14 d）和30501個(gè)基因（200mg/mL硅膠暴露28 d與生理鹽水處理28 d）的總表達(dá)水平，其中有458個(gè)基因（14 d）和1221個(gè)基因（28 d）屬于差異表達(dá)基因（|log2F.C.|＞1，P＜0.05）。

圖2：矽肺纖維化大鼠模型中DEGs的聚類熱圖

3：加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及模塊間相關(guān)性

通過R中的blockwiseModules函數(shù)探索了17個(gè)具有高度相似性的基因模塊。重要的是，應(yīng)該注意，灰色模塊中的基因不能聚類到任何其他模塊中，因此它不包括在以下分析中。為了篩選出與二氧化硅暴露密切相關(guān)的模塊，通過Pearson相關(guān)分析評估了ME與鹽水/二氧化硅暴露之間的關(guān)系。結(jié)果顯示，200 mg/mL游離二氧化硅暴露組（14 d）的black和brown模塊以及200 mg/mL游離二氧化硅暴露組的purple和tan模塊（28 d）的相關(guān)系數(shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

接下來對相關(guān)性系數(shù)較高的模塊（C200組中的black（14 d）和C200組的purple（28 d））中Top30基因進(jìn)行功能分析。black模塊中的RNF187和purple模塊中的生長分化因子2（Gdf2）、脫氫酶/還原酶SDR家族成員9（Dhrs9）、Wt1和染色質(zhì)可及性復(fù)合物亞基1（CHRAC1）直接或間接參與調(diào)節(jié)Hippo信號通路，增強(qiáng)其參與矽肺纖維化病理發(fā)生和發(fā)展的潛力。

GO分析發(fā)現(xiàn)，black和purple模塊中基因主要集中在生物過程（BP）類別中，包括生物調(diào)節(jié)、刺激反應(yīng)、細(xì)胞增殖、生物粘附、細(xì)胞聚集、免疫系統(tǒng)過程等術(shù)語（P<0.05）。這些項(xiàng)與為DEG形成的GO分析篩選出的項(xiàng)部分一致。關(guān)于這兩個(gè)模塊涉及的具體途徑，作者進(jìn)行了KEGG途徑分析。從black和purple模塊中的TOP20富集途徑來看，值得注意的是在兩個(gè)模塊中都檢測到了Hippo信號通路（P<0.05）。

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?圖3：WGCNA構(gòu)建及相關(guān)性系數(shù)最高的模塊中基因進(jìn)行功能富集分析

總結(jié)

本研究中采用腹腔滴注法建立的大鼠矽肺纖維化模型，模擬纖維化病變的形成，將WGCNA在IPF（矽肺纖維化密切相關(guān)的特發(fā)性肺纖維化）上的研究經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于矽肺纖維化機(jī)制的研究，提出了一種與Hippo信號通路相關(guān)的矽肺纖維化的機(jī)制，為治療矽肺病提供了以靶點(diǎn)藥物為治療手段的理論依據(jù)，為長期以來僅僅依靠肺移植來根治矽肺患者帶來了新的希望。