基于WGCNA分析的溃疡性结肠炎及其并发症的功能基因模块研究

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溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是遗传易感因素和免疫系统异常所导致的一种肠道非可控性慢性炎症疾病,主要以结肠部位的粘膜组织溃疡性病变的长期慢性反复发作为特点,与病情相似的克罗恩病一起被统称为炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)。目前治疗溃疡性结肠炎的一线有效药物仅为糖皮质激素,尤其针对溃疡性结肠炎病程的急性加重期。然而,部分患者存在对激素治疗的耐药而导致糖皮质激素治疗的无效性。溃疡性结肠炎迁延不愈可导致多种并发症的发生,其中以结直肠上皮癌变的后果最为严重。溃疡性结肠炎导致结直肠上皮癌变的过程常需数十年以上时间,其病变机制十分复杂,从遗传物质产生的各种表观遗传修饰到信号通路的转导失常等等一系列改变可能会在溃疡性结肠炎相关结肠癌(ulcerative colitis related colorectal cancer,UCRCC)的进程中产生重要影响。同时研究发现,溃疡性结肠炎相关结直肠癌在发病机制与发病率等方面与散发性结直肠癌仍存在一定程度的区别。由溃疡性结肠炎迁延不愈导致恶性转化而来结直肠癌变可能与肠道的慢性炎症免疫微环境长期作用相关,其发生发展经历了从正常上皮组织、低度异型增生、高度异型增生到癌变的一个过程,但目前针对其具体分子机制研究仍有待继续探索。本研究的初衷是基于溃疡性结肠炎发病率在逐年上升且其癌变趋势也在逐年上升的流行病学调查,由此可以推断溃疡性结肠炎相关结直肠癌在未来结直肠癌的癌症原发因素图谱所中可能会占有较大的比重。在慢性肠道炎症及其并发症机制的研究过程中,研究内容的动态连续性一直是制约慢性肠道炎症恶性转化机制研究的重要因素。针对这一目标,本研究在前期基础研究将权重基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)作为突破这一制约的主要途径。传统的差异基因分析研究比较由于样本存在不同程度的批次差异和统计分析方法的敏感性,导致不同研究得到的肠道基因标记物往往不尽相同,并不能满足基础医学研究及临床转化的需求。而基于生物信息学的WGCNA算法分析则有效地克服了上述这些不足之处。作为一种应用于研究样品基因表达-性状的一种系统生物学工具,WGCNA算法已被广泛应用到疾病的疾病分型和具体分子机制等研究中。已有多项研究利用WGCNA分析发现基因共表达网络模块中的节点分子,且这些节点分子在后续的实验验证中被证明是在基因网络模块中发挥功能的关键分子。由于慢性肠道炎症的不同病程下肠道的细胞基因组有异质性,而利用WGCNA分析可以有效对去除有异质性的基因组,系统地描述疾病的表型与基因网络簇的关系,并可为进行后续实验分析验证指明方向。在前期研究中,我们通过WGCNA分析的方法研究GEO数据库中3组不同病程的溃疡性结肠炎患者表达谱芯片和正常组织的表达谱对照芯片,通过对表达谱芯片数据进行分析并构建肠道慢性炎症的内源性分子调控网络模型,在基因水平发现卵泡抑素样蛋白1(FSTL1)在溃疡性结肠炎患者肠粘膜中呈显著表达上调趋势,且与溃疡性结肠炎患者炎症程度呈明显正相关。因此我们推断FSTL1可能是参与了溃疡性结肠炎疾病活动期的炎症通路激活过程。为了验证我们的推断FSTL1可能对溃疡性结肠炎患者病情活动期的发生和发展具有重要作用,我们利用DSS诱导小鼠结肠炎模型来研究FSTL1的表达与溃疡性结肠炎病情活动期之间的关系。首先我们成功构建了小鼠结肠炎模型,并进一步利用小鼠DSS结肠炎模型及炎症活动期小鼠模型研究FSTL1在肠道所发挥的作用。通过体内实验我们发现FSTL1在肠道慢性炎症中呈高表达状态,这一定程度上可能促进了炎症及炎症相关癌变的进展。本研究的研究结果将为后续探究溃疡性结肠炎的炎症激活及恶性并发症的发病机制提供更多线索。
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