基于生物信息学探讨骨质疏松症与2型糖尿病的关系

目的基于生物信息学探讨骨质疏松症与2型糖尿病的关系。方法通过五大疾病数据库(Disgenet、TTD、OMIM、Drugbank、KEGG数据库)和分析平台(DAVID数据库)对骨质疏松症和2型糖尿病的相关基因进行分析筛选,并对筛选结果进行基因富集分析以及KEGG通路分析。结果通过五大疾病数据库及相关文献筛选分别选出与骨质疏松症和2型糖尿病相关基因336个和316个,并将数据导入DAVID数据库进行基因富集分析以及KEGG通路分析,结果骨质疏松症与2型糖尿病相关通路集中在PI3K-Akt信号通路、FoxO信号通路、HIF-1信号通路、AMPK信号通路、Rap1信号通路、Jak-STAT信号通路、Ras信号通路、NF-kappa B信号通路、T细胞信号通路、TNF信号通路、VEGF信号通路、脂肪细胞因子信号通路、fc-εri信号通路。结论骨质疏松症与2型糖尿病均是涵盖众多差异表达基因的复杂代谢性疾病,两种疾病均存在庞大的基因表达网络,涉及众多信号通路。从通路分析结果中可以看出,两种疾病复杂基因网络背景下依然存在一些高度重合的差异基因表达,所涉及的信号通路能够同时对两种疾病产生调控作用,这提示两种疾病分子机制存在密切关联,并可能是药物同时干预两种疾病的靶点所在。     

基于生物信息学探讨骨质疏松与肥胖的关系

目的通过生物信息学技术方法探讨骨质疏松症与肥胖的相互关系。方法分别以骨质疏松及肥胖为关键词在相关疾病数据库(Disgenet、TTD、OMIM、Drugbank、KEGG)中筛选相关基因,去重整合后将两组预测靶点进行映射得到关键靶点,通过STRING网站获得靶点PPI互相作用网络,根据degree值筛选出核心靶点并通过DAVID数据库进行GO富集分析以及KEGG通路分析。结果通过相关疾病数据库搜索筛选与骨质疏松症和肥胖相关靶点分别为336个和398个,映射出关键靶点56个,以degree≥13筛选出核心靶点15个并导入DAVID数据库获得31项GO富集结果(P0.05)及55条KEGG信号通路(P0.05)。结论 AKT1、IL6、LEP、TNF等核心靶点作用于TNF通路、HIF-1通路、脂肪细胞因子通路、Toll样受体信号通路、胰岛素抵抗信号通路、AMPK信号通路、Fox O信号通路等同时对骨质疏松及肥胖起到调控作用,两种复杂代谢性疾病虽然各自包含众多作用靶点,但仍在分子机制上有着密切联系。应用生物信息学具有较高的置信度和参考价值,为探索疾病间关系提供了新方向与新思路。     

非酒精性脂肪肝与骨质疏松间的生物信息学关系

目的 通过生物信息学相关技术方法依托相关数据库探讨非酒精性脂肪肝与骨质疏松之间的相互影响机制。方法 分别以骨质疏松及非酒精性脂肪肝为关键词在相关疾病数据库( Disgenet、TTD、OMIM、Drugbank、Genecards)中筛选相关基因,去重整合后将两组预测靶基因进行映射得到关键靶点,通过STRING网站获得靶点PPI互相作用网络,根据degree值筛选出核心靶点并通过 DAVID 数据库进行GO富集分析以及 KEGG 通路分析。结果 通过相关疾病数据库搜索筛选出与骨质疏松症和非酒精性脂肪肝相关靶点分别为 875 个和952个,映射出关键靶点217个,以degree≥36筛选出核心靶点24个并导入 DAVID 数据库获得78项GO富集结果（P<0.05）及78条KEGG信号通路（P<0.05）。结论 IL-6、INS、VEGFA、AKT1等核心靶点作用于乙肝通路、类风湿关节炎通路、TNF通路、IBD通路调控炎症反应及糖脂代谢等生物过程,使骨质疏松及非酒精性脂肪肝互相影响,为临床治疗两种疾病提供了较为科学的理论基础。     

基于网络药理学探讨骨碎补治疗骨质疏松症的作用机制

目的运用网络药理学筛选骨碎补有效成分治疗骨质疏松症的作用靶标及信号通路。方法首先借助TCMSP分析平台、GeneCards数据库和OMIM数据库,分别筛选中药活性成分、疾病及相应的靶标,将中药靶标与疾病靶标取交集,得到中药-疾病共同靶标并构建中药-疾病-靶标调控网络。然后通过构建中药-疾病共同靶标的蛋白互作网络,筛选核心靶点基因。最后将中药-疾病共同靶标进行GO功能富集分析和KEGG功能富集分析,得出中药-疾病共同靶标相关的信号通路。结果筛选得到骨碎补治疗骨质疏松症的18个有效成分和98个中药-疾病共同靶标,并推断其作用机制可能与糖尿病并发症的AGE-RAGE信号通路、TNF信号通路、IL-17信号通路、HIF-1信号通路、Th17细胞分化信号通路等有关,且白介素-6基因、JUN基因、丝裂原活化蛋白激酶-1基因和表皮细胞生长因子基因可能起着关键性作用。结论基于网络药理学探讨了骨碎补治疗骨质疏松症的作用靶标及信号通路,为中药现代化研究提供了思路。     

基于网络药理学的三仙汤治疗骨质疏松症作用机制研究

目的通过网络药理学方法探讨三仙汤干预骨质疏松症(OP)的有效成分、作用靶点及信号通路等,从而明确其作用机制。方法应用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)检索获得三仙汤中3味药物的化学成分,通过Uniprot数据库,将已筛选出的靶点名称进行标准化。通过Genecards、OMIM数据库检索骨质疏松症的相关靶基因。将药物靶点与疾病靶点取交集,筛选得到疾病-药物成分共同靶蛋白在String网站构建蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络模型。在Cytoscape软件中绘制药物、疾病、靶基因网络图,并进行基因GO功能和KEGG通路富集分析,探讨三仙汤治疗骨质疏松症的作用机制。结果通过数据库筛选得到三仙汤的28种有效成分以及与骨质疏松症相关的靶点127个,其中蛋白激酶、白介素6、血管内皮生长因子等基因为PPI网络中的核心基因; GO富集分析显示靶点主要影响核受体活性、转录因子活性、类固醇激素受体活性、细胞因子受体结合、蛋白质异二聚活性、血红素结合等生物过程;以及影响AGE-RAGE信号通路、流体剪切应力与动脉粥样硬化通路、IL-17信号通路、前列腺癌通路、肿瘤坏死因子信号通路、乙型肝炎等信号通路。结论三仙汤中的有效成分通过关键信号通路作用于核心基因,影响细胞分化、凋亡、炎症、氧化应激等多种生物学过程发挥抗骨质疏松的作用,为其后续研究提供了科学依据。     

类风湿关节炎与骨质疏松症的生物信息学分析

目的 利用生物信息学分析类风湿关节炎（RA）与骨质疏松症（OP）的关系。方法 通过Genecards、OMIM、TTD等数据库查找RA和OP的疾病基因,对两组疾病的基因取交集,将共同基因导入STRING数据库构建蛋白互作（PPI）网络图,使用R软件筛选出PPI网络中的关键基因,利用DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析。结果 通过检索数据库筛选出RA相关基因5 388个、OP相关基因4 587个,取交集后获得共同靶点基因1 899个,PPI网络图显示IL-6、INS、AKT1、TNF、TP53、VEGFA、EGFR等为RA与OP的共同关键基因,GO富集主要与受体配体活性、细胞因子受体结合、囊泡、T细胞活化、肽分泌的调节等相关,KEGG信号通路包括PI3K-Akt信号通路、JAK-STAT信号通路、破骨细胞分化、细胞凋亡、Th17细胞分化等。结论 所获得RA与OP的共同关键基因和涉及的信号通路,有助于理解两者在疾病过程中的相关性,为药物的研发提供理论参考。     

基于网络药理学的穿心莲抗骨质疏松的分子机制研究

目的 基于网络药理学研究方法挖掘穿心莲的活性成分和预测其治疗骨质疏松症的靶点，探究其抗骨质疏松症的分子机制。方法 在TCMSP数据库筛选穿心莲的活性化合物，通过PharmMapper反向对接获得药物作用预测靶点。从GeneCrads和CTD数据库搜索疾病靶点，建立药物-疾病靶标交互作用网络，筛选出穿心莲抗骨质疏松的特异性靶点，富集分析其信号通路。结果 检索到49种穿心莲的活性化合物，筛选出入血活性成分21种。获得206个药物作用预测靶点和与骨质疏松症发生发展相关的691个疾病靶点，通过药物-疾病靶标交互作用网络筛选出36个关键基因。富集分析结果显示穿心莲直接参与骨质疏松症发生发展的信号通路有Adherens junction、MAPK等。它还间接通过神经营养蛋白、VEGF、ErbB、Toll样受体、胰岛素等信号通路调节骨代谢。结论 穿心莲具有治疗骨质疏松症的药物潜能，其作用机制主要通过多靶点和多通路参与骨平衡的调控。     

骨质疏松症与慢性心力衰竭的关系

目的基于生物信息学方法探讨骨质疏松症与慢性心力衰竭的关系。方法分别以骨质疏松及慢性心力衰竭在相关人类疾病数据库(Gene Cards、TTD、OMIM)中筛选靶基因,整合后映射两组预测靶点得到交集靶点,通过STRING v11.0平台得出靶点PPI互作网络,按照degree值大小筛选出核心靶点并通过Metascape数据库进行KEGG通路分析。结果骨质疏松症与慢性心力衰竭的核心交集靶点为VEGFA、STAT3、IL6、TNF、ESR1、IL10等,相关通路集中在PI3K-Akt信号通路、FoxO信号通路、HIF-1信号通路、MAPK信号通路等。结论骨质疏松症与慢性心力衰竭均是涵盖众多差异表达基因的复杂慢性病,但两种疾病在复杂基因网络背景下依然存在一些高度重合的基因表达,所涉及的信号通路能够同时对两种疾病产生干预作用,这提示两种疾病的分子机制存在密切联系,可能为药物同时调控两种疾病提示潜在靶点。应用生物信息学具有较高的置信度和参考价值,为探索疾病间关系提供了新方向与新思路。     

骨质疏松症与银屑病之间的相互关系

目的 探讨骨质疏松症与银屑病之间在分子层面的相互作用关系。方法 将骨质疏松及银屑病输入不同疾病数据库以筛选相关基因，将两组靶点通过Venny分析得到关键靶点，并于STRING平台制作蛋白互作网络以区分出核心靶点，通过DAVID平台进行富集分析。结果 检索到骨质疏松症相关靶点875个，银屑病预测靶点478个，交集出关键靶点93个，以degree≥50筛选出Hub节点中的18个核心靶点，导入DAVID平台获得148项GO生物过程（P<0.05）及44条KEGG信号通路（P<0.05）。银屑病通过TNF、IL-6、IL-10、IL-2、IL-1B等核心靶点作用于炎性肠病信号通路、TNF信号通路等特异性通路发挥协调作用，调控骨代谢，诱发骨质疏松。 结论 两种复杂疾病在分子机制上有着密切联系，银屑病通过大量炎性靶点及通路影响患者骨代谢，诱发骨质疏松。借助各疾病数据库在分子层面进行探讨具有较高的置信度和参考价值，可更深层次探索复杂疾病间的网络样关系并开拓治疗新思路。     

枸杞子治疗骨质疏松症的分子机制

目的 运用网络药理学方法分析枸杞子治疗骨质疏松症的药理学机制。方法 从TCMSP分析平台上获取枸杞子药物的活性成分及潜在的作用靶点,运用Citespace3.7.1软件绘制“有效成分-靶点”网络图;同时分别在OMIM、Drugbank和Genecards三种数据库平台上获取骨质疏松疾病的相关基因,并取并集作为疾病的潜在作用靶点。将枸杞子和骨质疏松疾病的潜在作用靶点取交集,得到中药-疾病共同作用靶点。运用STRING数据分析平台对共同作用靶点进行PPI网络分析,利用cytohubba插件选取前20位显著性基因并取交集即可得到核心基因。对核心靶点进行GO功能和KEGG通路富分析,而后使用R语言软件对上述的富集结果进行可视化绘图。结果 共筛选获得枸杞子中主要有效成分36个,其中主要核心有效成分有槲皮素、黄豆黄素、β-谷固醇、豆甾醇、谷甾醇α1。活性成分所对应的靶点基因有117个,其中核心基因16个：IL-6、JUN、TNF等。GO富集所得的生物过程主要与调控成骨细胞和破骨细胞的增殖、分化有关。KEGG信号通路富集结果提示,枸杞子治疗骨质疏松疾病作用集中于IL-17、TNF、AGE-RAGE、MAPK等信号通路。结论 枸杞子可能通过多种有效成分、多靶点作用于免疫炎性反应、细胞分化等多方面来发挥抗骨质疏松症的作用。     

基于生物信息学分析骨质疏松症与阿尔茨海默症的相互关系

目的利用生物信息学分析骨质疏松症与阿尔茨海默症差异表达的miRNA及两病的相互关系。方法利用GEO数据库获取骨质疏松症(osteoporosis,OP)与阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的基因芯片,使用GEO2R在线分析得到OP与AD差异表达的微小核糖核酸(differentially expressed microRNA,DEmiRNA),将筛选后的DEmiRNAs用miRDB数据库和Targetscan数据库进行靶基因预测;用DAVID数据库对靶基因进行GO分析和KEGG信号通路分析,并结合STRING数据库,制作蛋白互作网络和DEmiRNAs-mRNA调控网络。结果 OP与AD的基因芯片中共有9个有意义的DEmiRNAs,通过蛋白互作网络筛选出前10个核心基因为:COL1A1、VEGFA、COL4A1、COL3A1、COL5A1、COL2A1、LOX、COL7A1、IGF1、COL5A2,同时发现hsa-miR-29b-3p和胶原蛋白在两病中的关系最为密切。结论通过研究两种疾病DEmiRNAs与核心基因有助于了解OP与AD的相互关系,了解两病共同的发病机理,为两病治疗提供新的思路与方向。     

通过生物信息学分析发现胃癌的靶点基因和生物学特性

目的从公共数据库获取数据，筛选差异表达基因，旨在发现胃癌潜在的靶点基因并揭示其生物学特征。 方法基因表达谱（GSE29272、GSE54129、GSE13911、GSE79973、GSE19826）从GEO数据库获得；差异表达基因通过GEO2R筛选出，韦恩图绘制出5个基因表达谱的交集，从而得出共同差异表达基因；使用DAVID数据库进行共同差异表达基因的KEGG通路分析和GO富集分析；共同差异表达基因通过STRING数据库获取其蛋白质-蛋白质互作（PPI）网络图并用Cytoscape软件进行可视化，同时通过Cytoscape软件中的插件CytoHubba筛选胃癌靶点基因；靶点基因在GEPIA数据库和UALCAN数据库中进一步验证其表达及生存分析；CMap数据库预测其潜在的靶向小分子化合物。 结果韦恩图筛选出105个共同差异表达基因，其中包括57个下调基因和48个上调基因；经DAVID数据库中的KEGG通路分析和GO富集分析显示，这些上调基因主要与细胞外基质组织、细胞黏附、局灶性黏附、PI3K-Akt信号传导途径、细胞外基质-受体相互作用相关。通过Cytoscape软件筛选出8个靶点基因：BGN、SPARC、COL5A2、COL5A1、COL1A2、COL4A1、COL6A3和COL11A1；在GEPIA数据库和UALCAN数据库验证后，确认了这8个关键基因与胃癌发生发展有关。生存分析显示，COL4A1（P=0.029，HR=1.4）和COL5A2（P=0.009 5，HR=1.5）的高表达与生存能力降低有关。CMap数据库分析显示吡咯酰胺和芳香维甲酸最有可能逆转胃癌的状态。 结论BGN、SPARC、COL5A2、COL5A1、COL1A2、COL4A1、COL6A3和COL11A1可能被用作改善胃癌诊断和免疫疗法生物标志物的潜在靶标，吡咯酰胺和芳香维甲酸最有可能成为治疗胃癌的小分子化合物，这些分析结果为胃癌的病因研究提供了新的方向，也为深入探究其发病机制提供了理论基础。     

基因差异表达谱及WGCNA构建骨质疏松症miRNA-mRNA调控网络

目的 通过基因差异表达谱及加权基因共表达网络分析（WGCNA）方法构建并分析骨质疏松症相关的miRNA-mRNA调控网络,全面阐释骨质疏松症的发病机制。方法 首先在GEO数据库中获取微阵列数据集,进行差异分析及WGCNA分析,获取差异miRNA和临床相关性最高的模块基因,并取交集。预测潜在上游转录因子及下游靶基因。同时,获取差异表达mRNA并与预测靶基因取交集得到关键miRNA目标靶基因,进行目标靶基因GO和KEGG通路富集分析。通过String获取目标靶基因PPI关系文件,然后通过Cytoscape构建并分析miRNA-mRNA网络。结果 共得到6个与骨质疏松症疾病相关的关键miRNA,其中2个差异性上调、4个差异性下调,其主要转录因子为SP4、LHX3、NFIC、MYC和VSX2。通过将预测得到的关键miRNA靶基因和差异表达mRNA取交集,获得目标靶基因52个。GO和KEGG富集分析显示目标靶基因涉及多个生物学进程及通路,其中趋化因子信号通路、P53信号通路值得关注。结论 骨质疏松症miRNA-mRNA表达是通过多途径、多靶点进行调控的,hsa-mir-4500、CDKN1A、MAP2K7组成其核心调控网络。本研究为深入探讨骨质疏松症的分子机制提供了新的思路,发现了新的潜在靶点,对阐明其发病机制及防治药物的开发具有重要的指导意义。     

高低峰值骨量人群生物标志物差异及其在骨质疏松中的诊疗价值

目的 通过生物信息学分析高低峰值骨量人群生物标志物的差异,并验证其在骨质疏松症中的诊疗价值。方法 从GEO数据库获取高低峰值骨量人群基因表达数据集（GSE7158）,利用R语言进行基因差异表达分析,然后进行差异基因GO功能注释和KEGG通路富集分析。利用STRING数据库获取差异基因蛋白互作网络,利用Cytoscape中的CytoHubba插件及R语言筛选得到关键基因及关键基因互作网络。最后,验证关键基因在骨质疏松症中的表达及诊疗价值。结果 共筛选得到高低峰值骨量人群差异表达基因182个,包括73个下调和109个上调基因。KEGG通路分析中破骨细胞分化通路、PI3K-AKT信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路和铁死亡信号通路值得关注。PPI网络分析得到11个关键基因：MCM7、BUB3、RBBP7、GNG2、FSHR、PCNA、CCR5、CDK16、SRSF7、NPM1和CPSF6;进一步验证分析发现CCR5、CDK16、RBBP7和SRSF7和骨质疏松症密切相关。结论 研究发现CCR5、CDK16、RBBP7和SRSF7可能与骨质疏松症的发病密切相关,可能成为早期筛选骨质疏松症高风险人群的生物标志物,对骨质疏松症的防治发挥重要作用,为后续进一步实验研究及临床治疗提供了有效依据。     

SCIMP: A Novel Targeted Gene for Postmenopausal Osteoporosis Progression

Objective

The literature suggests that not all postmenopausal women suffer from osteoporosis, and the occurrence of postmenopausal osteoporosis is closely related to the genetic susceptibility of genes in the population and the cellular pathways of related genes. To systematically understand the functions of SCIMP gene for osteoporosis, both in vitro and in vivo experiments were analyzed in depth in this integrated study.

Methods

The significantly differentially expressed genes of postmenopausal osteoporosis (PMOP) patients from GEO database were selected. Meanwhile, the primary target gene was also confirmed in clinically recruited individuals using ELISA method; 50 postmenopausal osteoporosis patients with a T-score of -2.5 were randomly enrolled; postmenopausal women with a T-score > −2.5 were included in the non-osteoporotic group (including osteopenia and normal bone mineral density). The associated processes and signaling pathways were deeply investigated with GO and KEGG enrichment analysis. The downstream signaling factors including Erk-1/2, Akt, and IkB-related signaling pathways for the potential gene were evaluated using MG-63 cell line; the MTT, CCK-8, and flow cytometry assays were performed to exam MG-63 cell viability, proliferation, as well as apoptosis, respectively, under different treatments.

Results

Based on the differentially expressed gene analysis for GEO database, PMOP patients displayed 845 differentially expressed genes, including 709 down-regulated and 136 up-regulated ones. Ten genes including SCIMP were significantly differentially expressed (at least three-fold difference). SCIMP was the most markedly decreased in PMOP patients’ specimens. Using clinical recruited individuals, the concentration of SCIMP was 96.6 ± 20.8 ng/μL in the PMOP group compared with 168.8 ± 23.5 ng/μL in the control group (p < 0.05). At the same time, the osteoclast differentiation signaling pathway was significantly up-regulated while hedgehogs as well as other signaling pathways were down-regulated based on the KEGG analysis. The phosphorylation level of Akt was markedly blocked in si-SCIMP treatment. Up-regulation of SCIMP increased cell proliferation, inhibited cell apoptosis, and enhanced cell viability in MG-63 cells, which was markedly rescued by AKT phosphorylation inhibitor. Finally, in vivo experiments also confirmed that the upregulation of SCIMP enhanced the structural parameters of rat trabecular bone and the osteogenic activity of bone tissue.

Conclusion

SCIMP plays a critical role in the pathogenesis of postmenopausal osteoporosis in women. SCIMP influences osteoclasts function through an akt-dependent molecular pathway, and subsequently influences the equilibrium process of bone metabolism. This provides a new insight into the pathogenesis of postmenopausal osteoporosis as well as the clinical treatment of osteoporosis.     

基于网络药理学对龟甲抗骨质疏松的作用机制研究

目的 运用网络药理学探讨龟甲治疗骨质疏松（osteoporosis,OP）的作用机制。方法 通过中药系统药理学成分分析平台（BATMAN-TCM）数据库及文献获得龟甲活性化合物,再通过TTD、Drugbank 、DisGeNET、OMIM数据库获取OP疾病相关靶点,取二者交集得到龟甲-OP疾病靶点。采用在线分析工具Metascape对龟甲治疗骨质疏松靶基因进行基因本体论（gene ontology,GO）及京都基因与基因组百科全书（kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）通路富集分析。结果 获得龟甲成分共40个（氨基酸类、脂肪酸类、酯类、甾醇类、其他类）,龟甲-OP疾病交集靶点15个（UGT2B17、PTGS2、SLC22A6、SLC22A10、PTGER2、SRC、COMT、TNF 、ESR1、CYP19A1、ESR2、AR、PGR、ITGB3、FPDS）。龟甲活性化合物关键靶点的KEGG富集分析表明其主要与神经活性配体-受体相互作用、氨酰- tRNA生物合成、谷氨酸能突触等信号通路相关。龟甲抗骨质疏松靶基因GO富集分析表明其主要与对类固醇激素的反应、上皮细胞增殖的调控、脂质定位的调节等相关,KEGG通路富集结果解释15个基因主要与类固醇激素生物合成、甲状腺素信号途径、癌症的途径信号通路相关。结论 龟甲治疗OP的作用机制呈多靶点、多途径的特性,不仅影响骨代谢相关途径,还可影响体内多种代谢途径。