类风湿性关节炎中细胞因子及受体互作通路的特征基因和分子亚型与实验验证OA

背景:类风湿性关节炎是一种自身免疫性疾病,受发病机制和患者个体体质差异影响,患者治疗效果存在显著不同,部分患者因对治疗药物不敏感,发展为难治性类风湿性关节炎。因此寻找类风湿性关节炎的特征基因、挖掘新的治疗靶点,已成为该领域亟待解决的关键问题。目的:运用生物信息学分析方法,探究细胞因子-细胞因子受体相互作用通路相关基因在类风湿性关节炎诊断、分型及功能解析中的作用。方法:从基因表达综合数据库(GEO,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/,由美国国立生物技术信息中心创建并维护的基因表达数据库)下载4个包含类风湿性关节炎样本的数据集,各数据集均为公开发表的数据,符合伦理学要求。将GSE55235、GSE55457和GSE77298数据集合并作为训练集,GSE12021数据集作为验证集。研究流程:(1)分析细胞因子-细胞因子受体相互作用通路在类风湿性关节炎中的失调状态,筛选该通路相关的差异表达基因;(2)综合采用随机森林算法、最小绝对收缩和选择算子、支持向量机-递归特征消除法、Boruta全特征选择算法及加权基因共表达网络分析,进一步筛选类风湿性关节炎中与细胞因子-细胞因子受体相互作用通路相关的特征基因;(3)基于筛选出的差异基因,运用无监督聚类分析方法,将类风湿性关节炎划分为不同的分子亚型,并对比分析各亚型间信号通路活性及免疫细胞浸润水平的差异;(4)通过构建类风湿性关节炎细胞模型,对特征基因的表达水平进行实验验证。结果与结论:(1)经多方法整合分析,成功筛选出3个特征基因;(2)基于细胞因子-细胞因子受体相互作用通路可将类风湿性关节炎分为2种亚型:甲氨蝶呤敏感型和不敏感型,根据此分型可以指导类风湿性关节炎的临床治疗,避免盲目使用甲氨蝶呤,及时调整治疗策略,选择更有效的药物或治疗组合,从而提高治疗效果,改善患者的病情,提升类风湿性关节炎治疗的有效性和精准性。