银屑病易感基因的生物信息分析

郑文新 刘 红 汪 伟

摘   要：目的  分析银屑病易感基因的功能，筛选关键基因。方法  结合OMIM数据库以及近年来发表的文章收集银屑病易感基因，利用Gather在线服务对易感基因进行富集分析，蛋白质相互作用网络由String数据库构建，计算节点的度数，据此筛选关键易感基因。结果  银屑病的易感基因功能主要富集在免疫应答，防御反应，生物应激反应，有机生理过程，应激反应，对害虫寄生虫病原体的反应，对外部生物刺激的反应，对外伤的反应，抗原表达，抗原呈递及抗原加工等类别。我们通过计算易感基因所编码的蛋白质相互作用网络中节点的度數，按度数的高低，选出排在前十的10个基因，作为关键易感基因，功能分析和通路分析提示关键基因和很多功能明确与银屑病相关的基因相互作用。结论  易感基因分析提示，银屑病是与环境因素密切相关，具有遗传性的免疫性皮肤病。蛋白质相互作用网络分析提示，关键易感基因可以没有明确的功能，但是会和很多与银屑病相关功能明确的基因相互作用。

关键词：银屑病;易感基因;蛋白质相互作用网络;富集分析

中图分类号：R758.63                                  文献标识码：B                              DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.21.001文章编号：1006-1959（2018）21-0001-03

Bioinformatics Analysis of the Susceptible Genes of Psoriasis

ZHENG Wen-Xin1，LIU Hong1，WANG Wei2

（1.Capital Medical University School of Biomedical Engineering，Beijing 100069，China;

2.Central Laboratory of Capital Medical University，Beijing 100069，China）

Abstract：Objective  To analyze the functional enrichment of psoriasis susceptible genes and screen the key susceptible genes.Methods  According to the OMIM database and the published articles in recent years，the susceptibility genes of psoriasis were collected，and the susceptibility genes were enriched and analyzed by Gather online service. The protein interaction network was constructed by using the String database， and the key susceptible genes were screened. Results  The function of susceptibility gene of psoriasis is mainly enriched in immune response， defense response， biological stress response， organic physiological process， stress response， response to insect parasite pathogens， response to external biological stimuli， response to trauma， antigen expression， antigen presentation and antigen processing. By calculating the degree of the nodes in the protein interaction network encoded by the susceptibility genes， we selected the first 10 genes， as the key susceptible genes. Both the functional analysis and pathway analysis suggested that the key genes interact with the many genes related to psoriasis. Conclusion  Susceptibility gene analysis indicates that psoriasis is a hereditary immune skin disease， closely related to environmental factors. Protein interaction network analysis suggests that though some key susceptible genes do not have definite functions， but they interact with a lot of genes with specific functions associated with psoriasis.

Key words：Psoriasis;Susceptible genes;Protein interaction network;Enrichment analysis

在自然人群中银屑病（psoriasis）的发病率为0.1%～3.0%，是一种与环境因素相关的、遗传性免疫性皮肤病[1]。随着全基因组关联分析方法（genome-wide association study，GWAS）的发展，越来越多的银屑病易感基因被发现，OMIM数据库收录了14个银屑病易感位点：PSORS1-PSORS14。对于这些位点的研究有些已达到了蛋白质水平，确定了易感基因，有些位点还没有确定易感基因。因大部分候选位点中的基因相互连锁，很难确定真正的易感基因，而且大部分作用机制还不明确[2，3]。我们进一步分析易感基因的功能，找出关键易感基因。

1材料与方法

1.1候选易感基因  银屑病14个易感位点收录在OMIM数据库：PSORS1-PSORS14，查询文献中的相关研究内容，收集银屑病候选易感基因如下[3]。

PSORS1（6p21.3）： HLA-C、HCG9、C6orf10、HLA-A、HLA-B、MICA、CDSN、HCR。

PSORS2（17q25）：CMRF35、RUNX1和RAPTOR 基因的第三内含子，CARD14 基因等。

PSORS3（4q）：IRF2、IL-21。

PSORS4（1q21上）：LCE3B、LCE3C、FLG。

PSORS5（3q21上）：CSTA、SLC12A8。

PSORS6（19P13）：JUNB、AP-1转录因子、MUC16、BSG。

PSORS7（1p）：IL-23R、IL-12B。

PSORS8（16q）：CARD15。

PSORS9（4q31）：MGST2、IL15、VEGFC、TLR2、TLR3。

PSORS10（18p11）：候选基因目前未见相关报道。

PSORS11（5q31.1）：IL12B 及IL12R。

PSORS12（20q13）：RNF114/ZNF313。

PSORS13（6q21）：TRAF3IP2/CIKS/ACT1。

PSORS14（2q13）：IL-36RN。

1.2富集分析  利用Gather（http：//changlab.uth.tmc.edu/gather/gather.py）在线工具，对银屑病易感基因进行功能和通路分析。

1.3蛋白质相互作用网络  银屑病易感基因所表达的产物所构成的蛋白质相互作用网络，由String（https：//string-db.org/）数据库的在线工具构建，这些相互作用即包括了生理上的直接作用也包括了功能上的间接作用。然后把网络数据导入Cytoscape软件，计算节点度数，选择节点度数高的基因作为关键的易感基因。

2结果

2.1 GO分类结果  对收集到的银屑病易感基因进行GO分类，共有97个类别（Gather在线工具），其中P<0.0001的共有12个类。在P<0.0001的类别中，有13个基因（CCRL2，CD300C，HLA-A，HLA-B，HLA-C，IL12B，IL15，IL17C，IRF2，MGST2，MICA，TLR2，TLR3）富集在以下分类：免疫应答，防御反应，生物应激反应，有机生理过程，应激反应。有8个基因（CCRL2，CD300C，IL12B，IL17C，MGST2，MICA，TLR2，TLR3）富集在以下分类：对害虫寄生虫病原体的反应，对外部生物刺激的反应。有6个基因（CD300C，IL12B，IL17C，MICA，TLR2，TLR3）富集在对外伤的反应。有4个基因（HLA-A，HLA-B，HLA-C，MICA）富集在抗原表達。有3个基因（HLA-A，HLA-B，HLA-C）富集在抗原呈递及内源性抗原，抗原加工及通过MHCⅠ类的内源性抗原。

2.2 KEGG通路分析  KEGG通路富集分析提示，本文所研究的易感基因显著富集在四条代谢通路：Toll样受体信号通路，细胞因子-细胞因子受体相互作用，JAK-STAT信号转导途径，谷胱甘肽代谢。

2.3蛋白质相互作用网络  由String数据库得到银屑病易感基因的蛋白质相互作用网络，见图1。该网络有34个节点对应34个蛋白质，有42条边对应蛋白质的相互作用，节点的平均度数为2.47。与一个基因相互作用的基因数目越多节点的度数越高，下载string相互作用网络数据，计算出节点的度数，选择度数高的基因作为关键易感基因。按照度数由高到低排列排在前十的分别是IL15（9），HLA-C（9），IL12B（7），NOD2（6），CARD14（6），HLA-A（5），CDSN（4），HLA-B（4），IRF2（4），IL23R（4）。

3讨论

银屑病目前虽不能完全确定病因，但本病是与环境因素相关的遗传性免疫皮肤病[1]，受潮、感染、吸烟、饮酒、药物等都影响着本病的发病和病程[2]。我们对易感基因的功能富集分析发现，银屑病的易感基因功能主要富集在免疫应答，防御反应，生物应激反应，对害虫寄生虫病原体的反应，对外伤外部生物刺激的反应，有机生理过程，以及抗原和抗原呈递等类别。功能富集在这些类的易感基因导致银屑病是和吸烟、嗜酒、受潮、感染和药物等环境因素密切相关。和免疫应答相关的基因表明银屑病是具有遗传性的免疫性皮肤病。我们对基因功能的分析和目前对银屑病发病原因的理解一致，是对发病原因的一次理论验证。

我們根据银屑病易感基因所编码的蛋白质的相互作用网络中节点的度数高低，筛选出10个关键基因。度数最高的两个基因是与汉族人群银屑病显著相关的基因IL-15位于PSORS9（4q31），和位于最主要的易感位点PSORS1（6p21.3）的基因HLA-C，经实验证实该基因是欧美及其他人群银屑病易感位点[4]，也是银屑病性关节炎的易感位点[5]，并经过Meta分析证实[6]。在波兰患者中HLA-Cw*06基因频率显著升高，证实与早发型银屑病显著相关[7]。由于HLA-C基因没有功能性作用，所以不是易感基因本身只一个遗传标记[8]。根据富集分析可知，这两个基因富集在免疫应答，防御反应，生物应激反应，有机生理过程，应激反应，可见这两个关键基因也佐证了银屑病是和环境因素相关的免疫性皮肤病这一判断。HLA-C这个基因是关键的银屑病易位点，但却缺少明确功能。我们所筛选出的关键易感基因，也是许多实验验证的关键易感基因，这是对实验结果的一次理论验证。实验证明该关键基因无具体功能，只是易感位点，通过互作网络发现，该基因和很多功能明确与银屑病相关的基因相互作用，所以该基因虽无具体功能，但理论和实验都提示该基因是关键易感基因。通过互作网络分析，解释了关键易感基因缺少实际功能的现象，生物信息分析提供了一个新的视角。

参考文献：

[1]Nickoloff BJ.The immunologic and genetic basis of psoriasis[J].Arch Dermatol，1999，135（9）：1104-1110.

[2]张亚南，吴闽枫，金性秀，等.泛发性脓疱型银屑病易感基因研究进展[J].中国皮肤性病学杂志，2016，27（7）：751-752.

[3]赵恬，罗权，林玲，等.银屑病易感基因的研究进展[J].中国中西医结合皮肤性病学杂志，2015，14（5）：333-338.

[4]Ellinghaus E，Ellinghaus D，Stuart PE，et al.Genome-wide association study identifies a psoriasis susceptibility locus at TRAF3IP2[J].Nat Genet，2010，42（11）：991-995.

[5]Hüffmeier U，Uebe S，Ekici AB，et al.Common variants at TRAF3IP2 are associated with susceptibility to psoriatic arthritis and psoriasis[J].Nat Genet，2010，42（11）：996-999.

[6]Ellinghaus E，Stuart PE，Ellinghaus D，et al.Genome-wide metaanalysis of psoriatic arthritis identifies susceptibility locus at REL[J].J Invest Dermatol，2011，132（4）：1133-1140.

[7]Rebala K，Szczerkowska-Dobosz A，Niespodziana K，et al.Simple and rapid screening for HLA-CW*06 in Polish patients with psoriasis[J].Clinical EXP Dermatol，2010，35（4）：431-436.

[8]Jordan CT，Cao L，Roberson ED，et al.PSORS2 Is Due to Mutations in CARD14[J].Am J Hum Genet，2012，90（4）：784-795.