六价铬致肝脏损伤作用机制的生物信息学分析

doi:10.13481/j.1671-587X.20230221

摘要/Abstract

摘要：

目的通过生物信息学方法识别六价铬［Cr（Ⅵ）］致肝脏损伤的相关基因，为探讨Cr（Ⅵ）致机体肝脏损伤作用机制的研究提供新的方向。方法检索基因表达综合（GEO）数据库中与“［Cr（Ⅵ）］ liver”相关数据集，下载数据集GSE65198，通过limma包筛选差异表达基因（DEGs），并进行基因本体（GO）富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，采用String数据库进行蛋白-蛋白互作（PPI）网络分析，Cytohubba插件筛选hub基因，通过Enrichr网站使用药物特征数据库预测靶向药物分子。结果选择数据集GSE65198中的样本20例，分为2组。第1组20 mg·kg^－1 Cr（Ⅵ）1次暴露后1 d肝脏样本和对照样本各5例；第2组20 mg·kg^－1 Cr（Ⅵ）1次暴露后7 d肝脏样本和对照样本各5例，以每组的对照样本作为阴性对照分别筛选得到342个和61个DEGs（|Log₂ FC|>1和P<0.05）。GO富集分析，DEGs主要富集于对药品反应、有丝细胞分裂和衰老等生物学过程；KEGG分析，主要信号通路包括核糖体生物发生、细胞周期调节和p53信号通路等。PPI网络中hub基因分析，1次暴露后1 d组样本的EBNA1结合蛋白2（EBNA1BP2）、核仁蛋白58（NOP58）、鸟嘌呤核苷酸结合蛋白样3（GNL3）、核仁蛋白56（NOP56）和WD重复域12（WDR12）及1次暴露后7 d组样本的细胞周期蛋白B2（CCNB2）（在PPI网络中标识符为ENSRNOP00000017117）、细胞周期蛋白A2（CCNA2）、细胞周期蛋白B1（CCNB1）、细胞周期蛋白依赖性激酶1（CDK1）和驱动蛋白家族成员20B（KIF20B）被筛选为hub基因。靶向药物预测，罗斯科维汀等药物被认定为Cr（Ⅵ）致机体肝脏损伤的靶向药物。结论 Cr（Ⅵ）致肝脏损伤的作用机制可能与细胞周期相关基因有关，罗斯科维汀可能是其潜在的临床治疗药物。

关键词: 六价铬, 肝脏, 生物信息学, 差异表达基因, 损伤

Abstract:

Objective To identify the genes related to liver injury induced by hexavalent chromium ［Cr（Ⅵ）］ through the bioinformatics method， and to provide the new direction for further research on the mechanism of liver injury induced by Cr（Ⅵ）. Methods The data sets related to “［Cr （Ⅵ）］ liver” in the Gene Expression Omnibus （GEO） Database were searched， the data set GSE65198 was downloaded； the differentially expressed genes （DEGs） were screened through limma algorithm； Gene Ontology （GO） enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes （KEGG） pathway enrichment analysis were performed； STRING Database was used to analyze the protein-protein interaction （PPI） network； Cytohubba plug-in was used to screen the hub genes； the targeted drug molecules were predicted by Drug Characterization Database in Enrichr website. Results Twenty samples from the GSE65198 data set were selected and divided into two groups. In the first group， there were five liver samples 1 d after single exposure to 20 mg·kg^－1 Cr （Ⅵ） and five control samples； in the second group， there were five liver samples 7 d after single exposure to 20 mg.kg^－1 Cr （Ⅵ） and five control samples；the control samples in each group were regarded as the negative control，and 342 and 61 DEGs were screened （|log₂ FC|>1 and P<0.05）. The GO enrichment analysis results showed that the DEGs were mainly enriched in the biological processes such as the drug response， mitosis， senescence and so on； the KEGG analysis results showed that the main signaling pathways included the ribosome biogenesis， cell cycle regulation，and p53 signaling pathway and so on. The hub gene analysis results in the PPI network showed that the EBNA1 binding protein 2 （EBNA1BP2）， nucleolar protein 58 （NOP58）， guanine nucleotide binding protein like 3 （GNL3）， nucleolar protein 56 （NOP56）， and WD repeat domain 12 （WDR12） in 1 d group after single exposure and cyclin B2 （CCNB2）（the identifier in PPI network was ENSRNOP00000017117）， cyclin A2 （CCNA2） cyclin B1 （CCNB1）， cyclin dependent kinase 1 （CDK1）， and kinesin family member 20B （KIF20B） in 7 d group after single exposure were screened as the hub genes. The targeted drug prediction results showed that roscovetine and other drugs were identified as the targeted drugs for liver injury by induced Cr（Ⅵ）. Conclusion The mechanism of liver injury induced by Cr（Ⅵ） may be related to cell cycle regulation-related genes， and roscovitine may be the potential clinical treatment drug.

Key words: Hexavalent chromium, Liver, Bioinformatics, Differentially expressed genes, Injury

中图分类号:

R114

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图/表 3

图 1

图2

表1

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Term	Adjusted P	Odds ratio	Combined score	Gene
LUCANTHONE CTD 00006227	1.05E-08	112.03	2 744.782 18	CCNA2， CDC20， CCNB2，CCNB1， CDK1， KIF20B， CDKN3
1h-pyrazolo（3,4-d）pyrimidine CTD 00000742	6.48E-08	222.44	4 891.445 8	CCNA2， CCNB2，CCNB1，CDK1， CDKN3
2H-1-Benzopyran-2-one, 7-[(3,7- dimethyl-2,6-octadienyl)oxy]- CTD 00003446	1.74E-07	443.71	9 140.298 87	CCNA2， CCNB2， CDK1，KIF20B
CUPRIC OXIDE CTD 00001471	1.91E-07	59.24	1 197.601 47	CCNA2， CDC20， CCNB2， CCNB1，CDK1，KIF20B，KNSTRN
Testosterone CTD 00006844	7.25E-07	34.08	635.816 321	CCNA2， CDC20， CCNB2， NOP58，CCNB1， CDK1， KIF20B， KNSTRN， CDKN3
0173570-0000 PC3 DOWN	9.43E-07	227.33	4 126.964 19	CCNA2， CDC20， CCNB2，CCNB1
Hydrogen peroxide CTD 00006118	9.43E-07	35.80	646.444 475	NOP56，CCNA2，CDC20，CCNB2， NOP58，EBNA1BP2， CCNB1， CDK1，WDR12，KIF20B， GNL3
Dmnq CTD 00002569	1.97E-06	81.56	1 402.062 8	CCNA2，CDC20， CCNB2，KIF20B， CDKN3
Troglitazone CTD 00002415	2.56E-06	35.04	586.243 62	CCNA2，CDC20，CCNB2，CCNB1， CDK1，KIF20B， CDKN3
Roscovitine TTD 00010683	2.56E-06	599.31	9 954.810 48	CCNA2， CCNB1， CDK1
E:indicated cardinality of ten to power.

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