基于加权基因共表达网络分析(WGCNA)的小胶质细胞活化机制研究与应用

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【目的】神经炎症反应是许多神经系统疾病的重要病理基础,活化的小胶质细胞(Microglia,MG)是神经炎症最重要的细胞成分之一,它通过分泌多种细胞因子与神经元细胞和其他中枢神经胶质细胞相互作用。本研究试图识别与小胶质细胞活化机制相关的基因模块,并利用生物信息学寻找相关药物。【方法】我们从NCBI-Gene Expression Omnibus(GEO)数据库下载了6个芯片数据集(GSE18740、GSE23639、GSE49329、GSE70689、GSE102482、GSE103156)。通过加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)构建与小胶质细胞活化相关的基因共表达网络,运用基因本体论(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书富集分析(KOBAS-Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome,KEGG)寻找信号通路并进行蛋白相互作用网络(Protein Protein Interaction,PPI)分析以寻找模块基因间的相互作用。利用Cytoscape寻找参与小胶质细胞活化的中心基因簇。为了研究赤霉酸对小胶质细胞活性的影响,我们使用MTT比色实验法检测赤霉酸干预后的小胶质细胞活性;采用逆转录聚合酶链反应和酶联免疫吸附法测定赤霉酸对活化小胶质细胞M1模型的IL-6和TNF-α的表达,以此来分析赤霉酸对小胶质细胞活化的作用机制。【结果】粉色模块与小胶质细胞活化具有显著相关性。基于拓扑重叠测度的聚类共识别出粉色模块中的154个基因。我们识别出了两个与小胶质细胞活化显著相关的中心基因簇。信号通路分析结果显示NF-kappa B信号通路、Toll样受体信号通路、p53信号通路、MAPK信号通路和Fox O信号通路可能参与小胶质细胞活化。通过生物信息学分析发现赤霉酸可能具有拮抗LPS诱导小胶质细胞M1型活化的作用。逆转录聚合酶链反应和酶联免疫吸附法结果显示赤霉酸可以拮抗小胶质细胞M1型活化,减弱其IL-6和TNF-α的表达并且抗炎能力与赤霉酸剂量呈正相关。【结论】(1)与小胶质细胞M1型活化密切相关的信号通路主要有NF-kappa B信号通路、Toll样受体信号通路、p53信号通路、MAPK信号通路和Fox O信号通路。(2)赤霉酸具有拮抗小胶质细胞M1型活化,抑制其炎症因子释放的作用。
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