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研究目的:常染色体显性多囊肾病(autosomal dominant polycystic kidney disease,ADPKD)是最常见的遗传性肾脏病,主要由PKD1或PKD2基因突变引起,以小管上皮不断增殖形成囊肿并持续扩张为特征,也被认为是“变相的肿瘤”。肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)是发生在肾脏的最常见的恶性肿瘤之一。本研究利用生物信息学研究方法,将对ADPKD患者和ccRCC患者疾病组织和对照组织进行RNA测序的芯片数据集进行分析,研究上述疾病在差异表达基因、富集的功能和信号通路、蛋白功能和生存相关性的异同,利用Connectivity Map数据库筛选潜在的可用化合物,在体内和体外进行实验验证,并探索其作用机制。研究方法:(1)在肾脏表达基因数据库(RGED)检索“ADPKD”和“Kidney Carcinoma”,选取ADPKD患者肾组织数据集RGED7869和肾透明细胞癌患者癌组织数据集RGED53757作为研究对象。(2)在NCBI-GEO数据库获取二者相应的测序结果 GSE7869 和 GSE53757,进行差异表达基因(different expression genes,DEGs)分析,将表达上调和表达下调的DEGs分布取交集获得共变DEGs进一步行基因功能和信号通路富集以及蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)分析以富集共变DEGs编码蛋白功能。非共变基因行生存分析。利用在线生物数据库Connectivity Map筛选对在ADPKD和ccRCC中表达共变基因发挥抑制作用的小分子化合物。(3)体外培养囊肿衬里上皮细胞和肾透明细胞癌细胞,验证该化合物对细胞增殖的抑制作用,并探索该化合物发挥抗增殖作用的机制。(4)利用多囊肾病早期诱导多囊肾小鼠模型,验证该化合物对ADPKD囊肿生长的抑制作用。研究结果:(1)对GSE7869和GSE53757进行生物信息学分析,分别得到264个和1914个差异表达基因。将差异表达基因取交集,得到22个表达共同上调的基因和95个表达共同下调的基因。通过对表达共变的DEGs进行通路富集分析,发现上调的基因主要富集在细胞增殖、花生四烯酸代谢通路上。通过对DEGs编码蛋白的PPI分析,发现蛋白功能主要集中在细胞周期和能量代谢上。通过Connectivity Map,筛选得到了作用于ADPKD和ccRCC的共变基因并表现出抑制作用的小分子化合物NS398。(2)利用小鼠永生化Pkd1双敲肾小管上皮细胞系Pkd1-/-和人肾透明细胞癌细胞系786-0,通过MTT、EdU检测发现NS398可抑制二者细胞增殖。流式细胞仪技术发现NS398可将细胞周期阻滞在G1期。Western Blotting结果提示NS398影响细胞周期相关蛋白表达,其作用可能机制为影响PI3K/Akt和ERK通路活性。(3)利用多囊肾病早期诱导多囊肾小鼠模型,给予NS398药物处理,处理组小鼠较对照组肾重体重比和肾脏囊肿体积减小,肾功能无明显下降。研究结论:(1)生物信息学分析为ADPKD以及ccRCC的研究提供了新的方向。分析结果提示ADPKD和ccRCC在细胞周期和能量代谢上具有相似性。我们选取了对ADPKD和ccRCC表达共变基因发挥抑制作用的小分子化合物NS398作为研究对象。(2)体外实验证实,NS398抑制Pkd1-/-细胞和786-0细胞增殖,将细胞周期阻滞在G1期,可能通过PI3K/Akt和ERK通路调控细胞周期Cyclin D1和p21的表达发挥抗增殖作用。(3)体内实验证实,NS398对多囊肾小鼠囊肿生长具有抑制作用。