自体骨髓干细胞移植对脊髓损伤潜在分子靶点治疗机制的生物信息学分析 (1).pdf

中国组织工程研究 Chinese Journal of Tissue Engineering Research 文章编号2095-4344202031-04927-07 4927 www.CJTER.com 研究原著 荀翀，男，1982 年生，辽 宁省大连市人，汉族，博 士，主要从事脊髓损伤和 骨科修复的研究。 通讯作者刘晓峰，博士， 主治医师，大连医科大学 附属第一医院，辽宁省大 连市 116011 文献标识码A 投稿日期2020-02-12 送审日期2020-02-22 采用日期2020-03-25 在线日期2020-06-05 Xun Chong, MD, First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China Corresponding author Liu Xiaofeng, MD, Attending physician, First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China 自体骨髓干细胞移植对脊髓损伤潜在分子靶点治疗机制的 生物信息学分析 荀 翀，王 强，李长洲，刘晓峰大连医科大学附属第一医院，辽宁省大连市 116011 DOI10.3969/j.issn.2095-4344.2131 ORCID 0000-0002-2772-8152荀翀 文章快速阅读 文题释义 生物信息学为信息大数据分析的一种手段，在生命科学研究的过程中，借助计算机辅助对已经获得的海量 数据进行挖掘分析，统计分析其中的相关性，理清各种生命现象机制的方法。 差异基因Differential Gene是指一个基因在 RNA 水平处在不同环境压力、时间、空间等方面下，表达有显 著性差异的基因。在不同因素下基因突变或者甲基化等结构发生改变导致差异的基因。 摘要 背景以往骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤获得了较好的临床效果，但现有的研究多集中于该过程的病理生 理变化，而对所涉及到的分子靶点及相应潜在通路的调控机制研究不足。 目的应用生物信息学方法，考察骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的潜在分子靶点及信号通路。 方法在 GEO 数据库内调取骨髓间充质干细胞对脊髓损伤治疗的芯片组数据，再将其映射于由 CTD 数据库 所获得的脊髓损伤疾病背景网络，最终得到骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤过程中的差异表达基因，以 sting 构建其蛋白-蛋白互作网络，再应用 Cytoscape 分析其网络特性，获得该过程中的核心差异基因，最后，在 WebGestalt 网站内对上述基因进行功能富集，以获得上述分子靶点的分子功能及相应的信号通路。 结果与结论①GEO 芯片的数据结果显示，骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的核心分子靶点共有 126 个，其 中有 60 个在 CTD 数据库上有过报道；②根据 sting 及 cytoscape 的结果显示，其形成的蛋白-蛋白互作网络 内， 共有 57 个节点， 而所涉及到的核心靶点的 10 个靶点为 MAPK3、 肿瘤坏死因子、 白细胞介素 6、 CASP3、 血管内皮生长因子 A、MAPK1、趋化因子 2、白细胞介素 1β、原癌基因蛋白及胰岛素样生长因子 1 等；③在 该过程中，主要调控的通路有白细胞介素 17、MAPK、肿瘤坏死因子、Toll 样受体及 NOD 样受体等重要的炎 症信号通路；④该过程最重要的 2 个方面分别是对炎症反应所介导神经损伤的抑制及受损神经的营养修复。 关键词 生物信息学；脊髓损伤；干细胞疗法；骨髓间充质干细胞；分子机制；蛋白互作网络；神经保护；神经修复 中图分类号R459.9；R496；R318 基金资助 辽宁省自然科学基金指导计划20170540606 Potential molecular targets and therapeutic mechanisms underlying transplantation of autologous bone marrow stem cells for the treatment of spinal cord injury based on bioinatics Xun Chong, Wang Qiang, Li Changzhou, Liu Xiaofeng First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China 文章描述 骨髓间充质干骨髓间充质干 细胞治疗脊髓细胞治疗脊髓 损伤过程中，损伤过程中， 最重要的最重要的 2 个个 方面方面，一是对，一是对 对炎症反应所对炎症反应所 介导神经损伤介导神经损伤 的抑制的抑制，二是，二是 对对受损神经的受损神经的 营养修复营养修复。。 GO 功能富集 核心 KEGG 信号通路 KEGG 信号通路 荀翀，王强，李长洲，刘晓峰. 自体骨髓干细胞移植对脊髓损伤潜在分子靶点治疗机制的生物信息学分析[J]. 中国组织工程研究，2020，24314927-4933. DOI10.3969/j.issn.2095-4344.2131 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN ZLKHAH 4928 Abstract BACKGROUND Bone marrow mesenchymal stem cells have achieved good clinical effect in the treatment of spinal cord injury. However, most of the existing studies focus on the pathophysiological changes, and less is reported on the molecular regulatory mechanism involved. OBJECTIVE To study the potential molecular targets and signal pathway related to the use of bone marrow mesenchymal stem cells in the treatment of spinal cord injury based on bioinatics analysis. S The microarray data of bone marrow mesenchymal stem cells for spinal cord injury treatment were retrieved from GEO database and then mapped to the background network of spinal cord injury obtained from CTD database. Finally, the differentially expressed genes were obtained. A protein-protein interaction network constructed by sting was used to analyze its network characteristics using Cytoscape and obtain the core molecular targets in the process. Finally, the molecular functions and signal pathways of the above molecular targets were analyzed by functional enrichment of the above genes on the website of WebGestalt. RESULTS AND CONCLUSION According to the data of GEO chip, there are 126 core molecular targets in the treatment of spinal cord injury by bone marrow mesenchymal stem cells, 60 of which have been reported in CTD database. According to the results of sting and Cytoscape, there are 57 nodes in the protein-protein interaction network, among which 10 core targets are MAPK3, tumor necrosis factor, interleukin 6, CASP3, vascular endothelial growth factor A, MAPK1, CCL2, interleukin 1B, proto-oncogene protein, insulin-like growth factor 1. In this process, the main regulatory pathways are interleukin 17, MAPK, tumor necrosis factor, Toll-like receptor and nod-like receptor. The two most important aspects of this process are the inhibition of inflammatory response mediated nerve damage and the nutritional repair of damaged nerve. Key words bioinatics; spinal cord injury; stem cell therapy; bone marrow mesenchymal stem cells; molecular mechanism; protein-protein interaction network; neuroprotection; neural repair Funding Liaoning Provincial Natural Science Foundation Guidance Plan, No. 20170540606 0 引言 Introduction 脊髓损伤是一种严重的神经意外事件，其往往由剧烈 的外伤诱发，直接伤及人体的脊椎组织[1]。常见诱发脊髓 损伤的原因有车祸、坠落及暴力外伤等。根据以往报道， 中国现有脊髓损伤患者200余万，而每年新增病例高达10 万-14万[2]。一般情况下，脊髓损伤患者的损伤平面以下会 出现神经破损，从而导致感觉、运动及自主神经功能障碍 或丧失，严重影响患者的身心健康[3]。现针对脊髓损伤的 治疗多集中于预防脊髓神经的继发性损伤及常规康复训 练，对缺损神经的修补手段较少[4]，而修复神经，恢复或 部分恢复患者的神经传导功能，是临床治疗该疾病的难点 与热点之一。 近年来， 针对脊髓损伤的神经修复的研究被广泛开展， 如生物材料[5]、营养因子[6]、髓内损伤微环境的构建[7-8]、 神经生长抑制因子的阻断及干细胞疗法等[9]，其中，以干 细胞疗法潜力最大[10]。已开展的干细胞疗法研究显示，在 多种人体干细胞中，以骨髓间充质干细胞作为脊髓损伤治 疗的移植细胞效果最佳[11]。 相比于其他干细胞， 骨髓间充质干细胞分化潜能较高， 稳定性好，其经过体内诱导可发育为神经细胞、神经胶质 细胞[12-13]，直接补充脊髓损伤部位的神经组织。现有的研 究显示，骨髓间充质干细胞可显著促进由外伤所致脊髓损 伤缺损部位的神经细胞增殖，且免疫性较低，不会诱发剧 烈的排斥反应[14]。然现针对骨髓间充质干细胞治疗脊髓损 伤的分子机制研究较少，特别是在其参与神经修复过程中 的机制及调控网络研究较少。因此，以骨髓间充质干细胞 对脊髓损伤治疗的分子靶点为切入点，考察该过程中各分 子靶点的相互关系，是解决上述问题的关键。根据以往的 报道可知，通过转录组学的研究可以系统理清疾病的机制 及相应的生理过程[15-16]，相比于传统的基由单一分子靶点 或通路的研究更为全面。 基于此，此次研究首先应用GEO数据库调取骨髓间充 质干细胞治疗脊髓损伤的芯片组数据，经过CTD数据库内 脊髓损伤疾病背景网络的映射后，获得到骨髓间充质干细 胞治疗脊髓损伤过程中的差异表达基因differentially expressed genes，DEGs，再以string及Cytoscape构建 上述差异表达基因的关系网络，分析其网络拓扑学结构， 获得其中的核心分子靶点，再由WebGestalt数据库对所获 得的靶点进行功能富集，从而获得骨髓间充质干细胞修复 脊髓损伤的潜在分子功能。 1 资料和方法 Data and s 1.1 设计 生物信息学分析。 1.2 时间及地点 实验于2019年9月至12月在大连医科 大学附属第一医院完成。 1.3 资料 数据集材料源自GEO数据库筛选出的2个数 据集。方法为在GEO数据库内，以“Spine Cord Injury” 和“Bone marrow mesenchymal stem cells”为关键词进 行搜索，可获得SS治疗脊髓损伤的相关芯片组数据，经过 初步筛选，共获得2个数据集信息用于研究，分别为 GSE125176及GSE139227，两者均由卡罗林斯卡学院临 床神经科学研究中心开展。GSE125176的具体实验如下 制备严重挫伤性脊髓损伤小鼠模型，24 h内向受损部分的 骨髓移植了小鼠骨髓来源的间质干细胞。移植后7 d，从脊 髓损伤中分离出间质干细胞，并使用RNA测序进行了转录 组学分析，以比较骨髓间充质干细胞治疗前后，脊髓损伤 小鼠脊髓内髓液的转录组变化情况。 GSE139227的实验类 似，为上述研究的后续研究，制备严重挫伤性脊髓损伤小 鼠模型，24 h内分别向不同组别的小鼠脊柱内补充自源性 间质干细胞 或同种异源性间质干细胞。移植7 d后，RNA 测序进行了转录组学分析，以比较不同来源间质干细胞治 疗前后脊髓损伤小鼠脊髓内髓液的转录组变化情况。 XUN C, WANG Q, LI CZ, LIU XF. Potential molecular targets and therapeutic mechanisms underlying transplantation of autologous bone marrow stem cells for the treatment of spinal cord injury based on bioinatics. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2020;24314927-4933. DOI10.3969/j.issn.2095-4344.2131 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CJTER.com 4929 1.4 方法 1.4.1 骨髓间充质干细胞对脊髓损伤治疗的差异基因筛 选 对 于 纳 入 研 究 的 2 个 数 据 集 样 本 GSE125176 及 GSE139227， 首先应用perl软件， 以UCSChttps//genome. ucsc.edu/index.html网站上鼠源性基因文本为注释文本 mouse.gtf[17]，抓取获得的数据集内ENSMUSG名称转化 为基因名称。 再以R系统的limma包对获得的数据进行差异 化分析，以P 20，共计靶点330个，已有文献报道10篇，共计 靶点204个。删除重复靶点后，共获得349个脊髓损伤靶点 基因，并依据此作为脊髓损伤机制筛选用的背景网络。应 用TBtools的Veen包对获得数据进行处理，分别以1.4.1内 的差异表达基因及脊髓损伤背景网络取交集，在unipro数 据库内，对所获得的相交的差异表达基因进行基因映射， 使全部的基因由鼠源性映射至人源性后，最终获得骨髓间 充质干细胞治疗脊髓损伤的潜在分子靶点。根据上述分子 靶点个差异表达基因在两芯片组内的log值判定其上调及 下调情况，同时以TBtools的Veen包对获得数据进行映射， 以获得其在两组内基因的上调及下调情况。 1.4.3 骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的蛋白-蛋白互作 protein protein interaction，PPI网络构建 在Sting数据 库内，对所获得的骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的潜在 分子靶点进行网络构建。剔除其中的离域基因，构建了上 述蛋白的PPI网络。将获得的PPI网络资料导入Cytoscape 后，以NetworkAnalyzer插件分别计算该PPI网络的拓扑特 征，依据上述网络的节点度degree及边值edge，用 Mcode插件处理后，对该网络的特征进行可视化处理，最 终获得骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的PPI网络及该网 络内的Hub-DEGs。 1.4.4 骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤潜在分子靶点功 能分析 在WebGestalt网站http//www.webgestalt.org/ 内[19]， 对获得的差异表达基因进行功能富集， 以P 值排序， 获得上述基因的KEGG信号通路及GO功能。 为进一步获得 不同基因在KEGG的通路的关键度，以获得的各差异表达 基因的PPI节点度为差异值， 对同脊髓损伤相关性较高的通 路进行分析， 以R系统的clusterProfiler， GOplot， tidyverse， data.table，ggraph，tidygraph包，以各差异表达基因的度 值，分别构建起KEGG同相应差异表达基因的可视化网络 图，最终获得骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的潜在机制 及调控网络。 1.5 主要观察指标 ①干细胞疗法对于脊柱损伤治疗的 差异基因筛选结果；②骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤潜 在分子靶点的互作关系；③骨髓间充质干细胞治疗脊髓损 伤潜在分子靶点功能分析。 2 结果 Results 2.1 干细胞疗法对于脊柱损伤治疗的差异基因筛选 根 据GSE125176数据集合， 共获得骨髓间充质干细胞治疗脊 髓损伤的差异表达基因共950个。根据GSE139227数据集 的结果，共获得以异体间充质干细胞治疗脊柱损伤的差异 表达基因共计729个， 取两者交集可获得126个相交的差异 表达基因，此即为干细胞疗法对脊髓损伤治疗的潜在靶点 见图图1。 将上述靶点由鼠源基因转化为人源基因后，对获得的 126个差异表达基因同CTD数据库所建立的脊髓损伤背景 网络取交集，最终共获得60个人源性差异表达基因，可将 其视作干细胞疗法对脊髓损伤治疗的核心基因见图图2。 由图图3可知， 研究共获得了11个上调的差异表达基因和 46个下调的差异表达基因，而进一步对样本的上调及下调 情况进行分析后可看出，GSE125176内有1个上调的分子 标 记 物 XBP1 ， 而 在 GSE139227 内 发 生 下 调 ； 在 GSE139227芯片内有2个上调的分子标记物P2RX7及 图 1 干细胞治疗脊柱损伤的差异分子靶点 Figure 1 Differential molecular targets of stem cell therapy for spinal injury 图 2 干细胞治疗脊柱损伤的潜在分子靶点 Figure 2 Potential molecular targets of stem cell therapy for spinal injury 荀翀，王强，李长洲，刘晓峰. 自体骨髓干细胞移植对脊髓损伤潜在分子靶点治疗机制的生物信息学分析[J]. 中国组织工程研究，2020，24314927-4933. DOI10.3969/j.issn.2095-4344.2131 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN ZLKHAH 4930 KLF5，而在GSE125176内下调。由于其在不同样本内表 达不一致，因此，将上述3个靶点剔除后，以获得的57个 靶点进行后续的研究。 2.2 骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤潜在分子靶点的互 作关系 将获得的57个人源性差异表达基因整理后，经由 string数据库，获得上述基因的相互关系，再由Cytoscape 构建上述差异表达基因的PPI网络，该网络的如图图4所示。 去除掉其中的离散节点后，对该网络的拓扑结构分析后可 知，该网络中的节点共计57个，对应的边共计435个，平 均节点度为15.56，而全部57个节点中，共有28个节点大 于平均节点度，其中节点度最高的前10个靶点分别为 MAPK3， 肿瘤坏死因子TNF， 白细胞介素6IL6， CASP3， 血管内皮生长因子AVEGFA，MAPK1，驱化因子2 CCL2，白细胞介素1βIL1B，原癌基因蛋白FOS，胰 岛素样生长因子1IGF1。 可将上述10个靶点视作骨髓间充 质干细胞疗法治疗脊髓损伤过程中的潜在核心分子靶点。 2.3 骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤潜在分子靶点功能 分析 应用WebGestalt网站的在线工具对获得的全部57 个差异表达基因进行功能分析， 其具体结果如图图5所示。 其 中图5A展示了上述骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的潜 在KEGG信号通路，由图可知，IL-17 signaling pathway， AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications， TNF signaling pathway等信号通路，为骨髓间充质干细胞 治疗脊髓损伤最重要的潜在信号通路见表表1。剔除其中 Pertussis， Chagas disease American trypanosomiasis， Human cytomegalovirus infection等同骨髓间充质干细胞 发病相关性不高的信号通路，获得核心潜在信号通路，共 计9条见图5B， 以各靶点在cytoscape中的度值均一化后， 设置各分子靶点的图形大小。而通路的图形大小，则是依 据其所设计到的分子靶点数量而定。而图5C则展示了骨髓 间充质干细胞治疗脊髓损伤的潜在GO功能结果。 图 3 干细胞治疗脊柱损伤的潜在分子靶点上调及下调分布 Figure 3 Up- and down-regulation of potential molecular targets of stem cell therapy for spinal injury 图 4 干细胞治疗脊柱损伤的网络分析 Figure 4 Network analysis of stem cell therapy for spinal injury 图注图 A 为干细胞治疗脊柱损伤核心 KEGG 通路的富集结果；B 为干细胞治疗脊柱损伤核心 KEGG 通路的相应靶点的相关性；C 为 干细胞治疗脊柱损伤的 GO 功能富集结果 图 5 干细胞治疗脊柱损伤的潜在机制分析 Figure 5 Potential mechanism of stem cell therapy for spinal injury 上调 下调 A B C XUN C, WANG Q, LI CZ, LIU XF. Potential molecular targets and therapeutic mechanisms underlying transplantation of autologous bone marrow stem cells for the treatment of spinal cord injury based on bioinatics. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2020;24314927-4933. DOI10.3969/j.issn.2095-4344.2131 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CJTER.com 4931 3 讨论 Discussion 脊髓损伤为骨科临床常见疾病，据2013年数据，全球 每年脊髓损伤患者高达25万-50万人[20]，其常由交通、劳 动和运动意外产生，并导致患者的截瘫[20]。由于脊髓无自 我修复功能，因此脊髓损伤的治疗多以修复脊髓神经元、 恢复脊髓神经传导为主。目前，靶向细胞治疗[21]、神经营 养因子及神经组织修复等手段均被证实有较好的脊髓损伤 修复潜力[22-24]，而干细胞疗法潜力最大[25]。虽然从理论上， 神经干细胞为脊髓损伤治疗的首选细胞[26]，然而，由于脊 髓损伤部位会释放大量炎症细胞因子，此时植入神经干细 胞则不再会分化为神经组织，而直接分化为星形胶质细胞 并进一步形成瘢痕组织[27]，因此，现开展较多的研究细胞 为骨髓间充质干细胞。 存在于骨髓中的骨髓间充质干细胞可根据所锚靠局部 组织的微环境， 定向分化为脊髓损伤受损处的细胞组织[28]， 骨髓间充质干细胞修复脊髓损伤的研究甚至已经过临床验 证[29]。骨髓间充质干细胞的优势如下①可自我更新，获 得较易，骨髓间充质干细胞占成人骨髓有核细胞总数的 0.001-0.01，通过髂棘穿刺即可直接获得；②生长迅 速，体外培养较易，短时期内即可扩增至临床需要的移植 浓度，而在扩殖的过程中，骨髓间充质干细胞的分化功能 损伤较少；③相比于其他干细胞，骨髓间充质干细胞不但可 以促进神经元再生，其亦会降低受损处的瘢痕形成倾向[30]。 其修复的潜在分子机制包括①直接移植入脊髓损伤部位 后，补充脊髓的坏死部位细胞，融合入宿主组织中，不经 基因修饰直接促进轴突的生长[31]；②骨髓间充质干细胞可 直接向受损区的脊髓组织聚集，上调上述组织内，表型神 经元特异性烯醇化酶及微管相关蛋白2等蛋白的表达， 促进 神经元的修复并回恢复部分神经元的功能[32]；③较高的分 化特性，如可分化为成纤维细胞、多重树突-轴突之神经样 细胞及早期神经前体细胞等[33-34]。同时，以骨髓间充质干 细胞治疗脊髓损伤依然需要面对一些问题，如骨髓间充质 干细胞在培养及移植过程中的生存率、移植细胞内CD34 的表达量、骨髓间充质干细胞修复的时效性以及移植对患 者自身临床特征的要求等[35]。考察该修复过程中脊髓组织 内的分子靶点及对应的信号通路的系统变化，是指导骨髓 间充质干细胞疗法相关基础研究的关键，也可为未来的临 床研究提供新的思路。 基于此，研究利用GEO数据库内关于骨髓间充质干细 胞修复脊髓损伤的芯片组数据，考察该过程中各靶点分子 的变化，并借助string、cytoscape及webgestalt等数据库 或软件， 获得了修复过程中的PPI网络， 并理清了其潜在的 机制。根据所得结果可知，骨髓间充质干细胞对于脊髓损 伤小鼠神经功能的修复过程，是一个复杂且多表型/通路协 同起效的结果，而该过程最重要的两个方面分别是对神经 损伤的抑制及受损神经的营养修复。 根据IMPELLIZZERI等[36]的报道可知，脊髓损伤诱发 的脊柱损伤的分子过程主要包含一下几个方面①中性粒 细胞浸润； ②黏附相关因子过表达； ③核因子κB通路激活； ④促分裂原活化的蛋白激酶mitogen-activated protein kinase，MAPK活化；⑤硝基酪氨酸和多聚ADP核糖；⑥ 脊髓细胞凋亡。由此可知，脊髓神经元的坏死，主要是脊 髓内的炎症反应所致。在脊髓损伤损伤处会释放大量的细 胞因子，介导的炎症反应造成神经缺损[37]，而其远期的持 续性中枢神经系统的自身免疫炎症反应，则会进一步损伤 脑组织[38]。此次研究的结果显示，骨髓间充质干细胞修复 脊髓损伤的过程中，可广泛的抑制炎症反应，保护脊髓组 织。研究所涉及到的重要调控因子为肿瘤坏死因子、白细 胞介素6、白细胞介素1β等分子靶点均被报道参与了脊髓 损伤所致的炎症反应[39]。其中肿瘤坏死因子是重要的细胞 凋亡靶点，其受免疫信号调控，并进一步激活下游的 Caspase信号通路，诱发炎症杀伤。而MAPK3/MAPK1均 深度参与了脊髓损伤的继发性损伤[40]，随其下游的细胞外 信号调节激酶ERK1和ERK2磷酸化，介导炎症反应从而 使脊髓细胞凋亡。然而，无法确定该过程是骨髓间充质干 细胞直接抑制上述蛋白表达，还是由于修复脊髓组织后， 限制了各炎症因子的进一步释放，阻断炎症反应，其原因 尚需进一步的确认。 骨髓间充质干细胞本身的细胞分化功能，可以直接替 代脊髓缺损处的细胞，进而恢复脊髓神经的功能。此项研 究显示，筛选出的生物标记物也涉及到了神经保护功能。 由研究的结果可知，血管内皮生长因子A是重要的调控靶 表 1 干细胞治疗脊柱损伤核心 KEGG 通路的富集结果 Table 1 Enrichment results of KEGG pathway in the treatment of spinal injury with stem cells 基因集 信号通路 预测值 富集率 P 值 错误发现率FDR hsa04657 IL-17 signaling pathway 0.127 905 62.546 24 2.3310-14 6.3710-12 hsa04933 AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications 0.136 157 58.755 56 3.9110-14 6.3710-12 hsa04668 TNF signaling pathway 0.151 286 52.88 9.3110-14 1.0110-11 hsa04010 MAPK signaling pathway 0.405 721 19.717 97 2.8110-10 1.3110-8 hsa05323 Rheumatoid arthritis 0.123 779 48.473 33 6.1310-10 2.5010-8 hsa04620 Toll-like receptor signaling pathway 0.143 034 41.948 08 1.4910-9 5.3810-8 hsa04621 NOD-like receptor signaling pathway 0.231 055 25.967 86 2.7110-8 7.3610-7 hsa01521 EGFR tyrosine kinase inhibitor resistance 0.108 651 46.018 99 3.2210-8 7.4910-7 hsa05152 Tuberculosis 0.246 183 24.372 07 3.9610-8 8.6110-7 荀翀，王强，李长洲，刘晓峰. 自体骨髓干细胞移植对脊髓损伤潜在分子靶点治疗机制的生物信息学分析[J]. 中国组织工程研究，2020，24314927-4933. DOI10.3969/j.issn.2095-4344.2131 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN ZLKHAH 4932 点之一。 脊髓损伤会诱发导致局部血管破裂和进行性缺血， 而通过上调血管内皮生长因子血管内皮生长因子A可有效 的促进血管重构，诱导破裂血管处的血管再生[41]。除此以 外，血管内皮生长因子A也有营养及保护神经的作用，并 可促进神经的增殖[42]。此次研究亦可发现，在骨髓间充质 干细胞修复的过程中，脊髓液内的驱化因子2Chemokine C-C motif ligand，CCL2的表达显著上升。而根据以往 的文献报道， 驱化因子2可协助巨噬细胞的募集， 进而介导 下游的M2神经保护作用。同时，驱化因子2上调亦可缓解 由脊髓损伤所至的运动神经变性，降低脊髓损伤后续所致 的运动功能障碍[43]。然而，在KNERLICH-LUKOSCHUS 等[44]的报道中显示， 驱化因子2参与了脊髓损伤远期的周围 神经病变所致神经性疼痛，其可在此过程中，磷酸化一系 列炎症及疼痛相关因子，如降钙素基因相关肽、P物质、 类香草素受体等。 上述结果均提示了驱化因子2在脊髓损伤 发生过程中，对神经功能的保护作用。FOS为原癌基因蛋 白，其为c-fos基因转录产生的核磷蛋白，而原癌基因蛋白 是神经元被刺激激活的一种标志[45]。而在脊髓损伤修复的 过程中，原癌基因蛋白主要参与泌尿及勃起等相关的神经 恢复[46]， 通过神经修复， 原癌基因蛋白的表达会随之上调， 从而复原或部分复原相应的神经功能。 胰岛素样生长因子1 是脊髓损伤过程中重要的修复因子[47]，特别在是在骨髓间 充质干细胞修复脊髓损伤过程中， 胰岛素样生长因子1起到 了重要的作用[48-49]首先，上调胰岛素样生长因子1的表达 可提升移植的骨髓间充质干细胞的存活率，并提升内源性 祖细胞的活化；其次，胰岛素样生长因子1可通过NOS、 ARG1及Chi3L3等蛋白抑制炎症损伤；最后，胰岛素样生 长因子1同髓鞘形成关系密切。 另外， 在这个修复的过程中， 其主要涉及细胞代谢、代谢调控、跨膜转运等生物学过程， 参与了细胞膜、细胞质等细胞成分的形成及蛋白对接、酶 原激活等生物学功能。 综上所述，研究应用生物信息学方法，针对骨髓间充 质干细胞治疗脊髓损伤过程中差异表达基因的分析，初步 确定了该过程中脊髓损伤修复的主要机制，确定了其治疗 靶点及复杂的网状调控。确定了所筛选的核心靶点，可通 过对炎症损伤的抑制及脊髓神经的保护及修复，最终改善 脊髓损伤症候的机制，为后续的进一步深入探讨其机制提 供指导。然而，获得的结果仍然需要进一步的实验验证， 方可确定其准确性。 结论根据此次研究对以往GEO芯片数据集的筛选， 可获得骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤的核心分子靶点共 有126个，根据以往的研究结果，其中涉及到的脊髓损伤 相关靶点共有60个，上述60个分子靶点内，有11个上调的 差异表达基因和46个下调的差异表达基因，而进一步对样 本的上调及下调情况进行分析后可看出， GSE125176内有 1个上调的分子标记物XBP1，而在GSE139227内发生下 调； 在GSE139227芯片内有2个上调的分子标记物P2RX7 及KLF5，而在GSE