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基于机器学习和生物信息学 分析的氧化应激特征基因在 类风湿关节炎中的作用研究
陈正义 吴文秋 莫小晴 周俊霖 孙汉铃 周盛美 林宝琴1
广州中医药大学深圳临床医学院
摘要:
目的 利用生物信息学和机器学习方法,探究类风湿关节炎(RA)氧化应激特征基因的潜在诊断价值。 方法 从基因 表达综合数据库获取RA相关基因表达数据集(GSE29746、GSE55235为训练集,GSE1919为验证集),经数据预处理、合并及批次效 应校正后筛选差异表达基因(DEGs),与GeneCards数据库氧化应激相关基因取交集获得差异表达氧化应激相关基因(DEOSGs);对 DEOSGs进行基因本体功能与京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,构建蛋白质-蛋白质相互作用网络并通过CytoHubba筛选前20位关键基因,联合最小绝对收缩和选择算子、支持向量机递归特征消除、随机森林3种机器学习算法筛选特征基因; 采用单样本基因集富集分析免疫细胞浸润及特征基因相关性,基于特征基因构建诊断列线图,经ROC曲线、AUC及校准曲线评估效 能并通过外部数据集验证。 结果 共鉴定出351个DEGs,交集后获得79个DEOSGs;KEGG通路分析显示,DEOSGs主要富集于破 骨细胞分化、核因子-κB信号通路、趋化因子信号通路及中性粒细胞胞外陷阱形成等通路。机器学习筛选出4个特征基因:蛋白酪氨 酸磷酸酶受体C型(PTPRC)、C-C基序趋化因子配体5(CCL5)、淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶(LCK)、前列腺素内过氧化物合酶2 (PTGS2)。免疫细胞浸润分析显示,RA组活化B细胞、活化分化簇(CD)4+ T细胞、活化CD8+ T细胞等浸润增加,嗜酸性粒细胞浸润 减少,且4个特征基因与多数免疫细胞浸润水平密切相关。基于特征基因构建的列线图诊断模型效能优异(AUC=0.990);验证集结果 显示,RA样本CCL5、PTPRC、LCK mRNA相对表达水平均高于健康对照样本(均P<0.05),而PTGS2表达差异无统计学意义(P> 0.05)。 结论 本研究筛选出4个RA氧化应激特征基因,可作为潜在诊断标志物和治疗靶点,同时预测了潜在的治疗中药,为RA的 机制解析及精准干预提供新方向。
关键词:  
DOI:
分类号:
基金项目:广州中医药大学国家级大学生创新创业训练计划项目(202410572003)
Abstract:
Key words: