肝脏缺血再灌注损伤的ceRNA网络构建和潜在治疗药物筛选

背景与目的 肝脏缺血-再灌注（I/R）损伤是肝移植和肝切除手术过程中常涉及的共同病理生理变化。竞争性内源性RNA（ceRNA）调控网络可参与多种疾病的发生发展。然而ceRNA网络在肝脏I/R损伤中的功能仅有少量报道。本研究旨在应用生物信息学方法构建与肝脏I/R损伤相关的ceRNA网络,同时基于差异表达基因筛选潜在治疗药物。方法 从GEO数据库获取肝脏I/R损伤的mRNA及miRNA表达芯片数据。使用R语言中的limma包进行基因差异表达分析,并使用ggplot2包进行散点图、火山图和热图绘制。使用String数据库及Cytoscape软件进行蛋白互作（PPI）网络构建。利用Metascape数据库对筛选出的差异mRNA进行GO/KEGG功能富集分析。通过转录调控网络数据库分析可能调控这些差异基因的转录因子。使用miRTarBase数据库构建miRNA-差异表达基因网络。
通过starBase：ceRNA数据库构建ceRNA网络。使用比较毒物基因组学数据库（CTD）筛选对关键差异基因表达具有潜在作用的天然药物。结果 从GEO数据库获得2个肝脏I/R损伤mRNA数据集（GSE10654和GSE117066）和1个肝脏I/R损伤miRNA数据集（GSE72315）。通过limma包及Venn图分析mRNA表达数据集,筛选到16个在I/R组上调表达,在缺血后适应（IPO）组下调表达的基因;7个在I/R组下调表达,在IPO组上调表达的基因。GO/KEGG功能富集分析结果显示差异基因主要参细胞死亡的正调控及对细胞外刺激反应的生物学过程,并参与MAPK信号通路。转录调控网络数据库分析获得6个转录因子（Trp53、Cebpb、Crebbp、Fos、Nfkb1及SP1）可能参与这些差异基因的调控。通过miRTarBase数据库分析,并结合GSE72315数据集中miRNA在I/R损伤后的差异表达,获得两个可能在肝脏I/R损伤中发挥重要的作用miRNA-mRNA轴（mmu-miR-32-5p-Btg2与mmu-miR-9-5p-Mt2）。通过starBase：ceRNA数据库分析,最终获得9条ceRNA网络,分别是：XIST/MEG8/LINC00963/MALAT1-miR-32-5p-Btg2轴、XIST/NEAT1-miR-132-3p-Btg2轴及HSPA9P1/RALGAPA1P1/RPS26P39-miR-9-5p-Dusp6轴。CTD数据库筛选到7种植物药（槲皮素、白藜芦醇、染料木黄酮、香豆雌酚、姜黄素、辣椒素及东莨菪碱）可降低关键基因的表达发挥潜在治疗作用。结论 通过生物信息学方法筛选了肝脏I/R损伤过程中的关键ceRNA网络及治疗的潜在天然药物,为进一步研究肝脏I/R损伤的发病机制及治疗药物提供重要依据。