2型糖尿病神经系统病变miRNA-mRNA调控网络的生物信息学分析

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目的对糖尿病周围神经病变患者血液中微小RNA(miRNA)的表达差异进行生物信息学分析,并在糖尿病神经病变患者中进行进一步验证,探究miRNA在糖尿病周围神经病变发病机制中的作用。方法(1)从美国国家生物技术信息中心(NCBI)的基因表达综合数据库(GEO)中对“2型糖尿病神经系统并发症”关键词进行检索,挑选人源数据基因芯片进行分析。根据标本来源把芯片分为三组:(1)健康对照组(CN,n=6)。(2)糖尿病无周围神经病变组(NDPN,n=6)、(3)糖尿病并周围神经病变组(DPN,n=6)。将三组数据,利用分析工具GEO2R进行DPN vs CN和DPN vs NDPN对比分析,并进行差异表达基因(DEGs)的筛选。(2)对差异表达的基因进行功能和通路富集分析。(3)对差异表达的基因进行蛋白相互作用(PPI)的网络分析。(4)将经过功能和通路富集分析及蛋白相互作用网络分析筛选得到的差异基因在数据库中进行与糖尿病周围神经病变相关性的预测。(5)将步骤(4)得到的与糖尿病周围神经病变相关的差异基因,在micro RNA数据库中进行靶向miRNA关系预测,进一步分析探讨与锁定基因具有靶向结合关系的miRNA在DPN发病机制中可能发挥的作用并进行miRNA-mRNA调控网络构建。(6)收集健康对照患者7例、糖尿病无神经并发症患者8例、糖尿病周围神经患者8例,采用RT-PCR对鉴定出的关键基因的表达情况进行分析,进一步验证生物信息学分析的结果。结果(1)芯片分析显示,在adj.P.Value<0.05&|log2FC|>2的筛选条件下,与健康对照者相比,糖尿病周围神经病变患者血中差异表达的m RNA有1367个,其中上调1127个,下调240个;与糖尿病无神经并发症患者相比,糖尿病周围神经病变患者血浆中差异表达的m RNA有161个,其中上调79个,下调82个。(2)通过差异基因的功能富集分析,筛选出3个与DPN发生发展密切相关的条目,分别是“神经节苷脂分解代谢的过程”、“细胞对氧化应激的反应”以及“寡糖分解代谢的过程”,进而从这3个条目中筛选得到的5个关键基因(NEU4、HEXB、PRDX3、ZC3H12A和SLC25A24)。(3)通过差异基因的PPI蛋白互作网络分析,得到15个互相作用关系最为密切的蛋白,通过文献调研锁定3个关键基因(CCR2、CXCL5和RB1)。(4)通过比较基因组数据库(CTD),预测步骤(2)和步骤(3)得到的关键基因与糖尿病周围神经病变的相关性情况,以糖尿病神经病变评分>15为界限,最终锁定PRDX3和CXCL5两基因。(5)将锁定的2个上调m RNA(PRDX3、CXCL5)和10个相对应的靶向miRNA建立了miRNA-mRNA调控网络,即CXCL5和hsa-miR-616-3p、hsa-miR-8063、hsa-miR-6728-3p、hsa-miR-4748、hsa-miR-3529-3p和hsa-miR-4284;PRDX3和hsa-miR-501-5p、hsa-miR-181a-5p、hsa-miR-26a-5p和hsa-miR-383-5p;目前研究显示PRDX3及对应的靶向hsa-miR-181a-5p、hsa-miR-26a-5p与糖尿病周围神经病变的发病最有可能有关,因此本研究对上述基因进行验证。(6)通过PRDX3及对应的靶向hsa-miR-181a-5p、hsa-miR-26a-5p的RT-PCR实验结果显示,PRDX3在糖尿病周围神经病变组中的表达量均高于健康对照组和糖尿病组,且糖尿病周围神经病变组与糖尿病组之间具有显著性差异(p<0.01);hsa-miR-26a-5p在健康对照组、糖尿病组和糖尿病周围神经病变组中呈递减式下调;hsa-miR-181a-5p在糖尿病周围神经病变组中的表达量均低于健康对照组和糖尿病组。小样本临床验证实验结果与前期生物信息学分析结果相符。结论本研究发现DPN患者和CN、NDPN相比存在差异表达的m RNA-miRNAs,经过生物信息学研究发现,DPN患者PRDX3和CXCL5表达增高,对应的靶向miRNA下降。将目前研究中发现的与DPN发病最有可能相关的基因(PRDX3、hsa-miR-181a-5p、hsa-miR-26a-5p)进行验证,临床病例验证结果与生物信息学结果一致,说明上述基因在糖尿病周围神经病变发病机制中发挥着一定作用,可能参与了DPN的发生发展。
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