类风湿关节炎患者与药源性胃黏膜损伤的生物信息学分析

袁雪梅 熊鸿 罗丰 李春香 马武开 姚血明

【摘 要】目的：利用生物信息学分析类风湿关节炎患者与药源性胃黏膜损伤的关系。方法：通过GeneCards、OMIM、TTD、pharmGKB、drugbank数据库检索“rheumatoid arthritis”“drug induce gastric mucosal injury”，获取类风湿关节炎及药源性胃黏膜损伤2个疾病基因，制作韦恩图获取2个疾病的共同基因，将共同基因导入STRING进行PPI网络分析、GO功能富集及KEGG通路分析。结果：通过检索不同数据库整理去重后，筛选出相关类风湿关节炎基因4953个，药源性胃黏膜损伤相关基因1489个，将2个疾病相关基因取交集后获得共同靶点基因1060个，PPI网络显示TNF、AKT1、GAPDH、CTNNB1、STAT3等为共同关键基因，GO富集主要与线粒体、腺苷受体信号通路、蛋白活性、磷酸酶结合等相关，KEGG信号通路包括NF-κB信号通路、JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路等。结论：所获得的类风湿关节炎及药源性胃黏膜损伤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。

【关键词】 类风湿关节炎；药源性胃黏膜损伤；信号通路；生物信息学

Bioinformatics Analysis of Rheumatoid Arthritis Patients and Drug-induced Gastric Mucosa Injury

YUAN Xue-mei，XIONG Hong，LUO Feng，LI Chun-xiang，MA Wu-kai，YAO Xue-ming

【ABSTRACT】Objective：To analyze the relationship between rheumatoid arthritis patients and drug-induced gastric mucosa injury by bioinformatics.Methods：Databases such as GeneCards，OMIM，TTD，pharmGKB，

and drugbank were used to retrieve "rheumatoid arthritis" and "drug induced gastric mucosa injury" to obtain two disease genes of rheumatoid arthritis and drug-induced gastric mucosal injury.Wayne map was made to obtain common genes of the two diseases.Common genes were introduced into STRING for PPI network analysis，GO function enrichment，and KEGG pathway analysis.Results：After searching different databases，4953 genes related to rheumatoid arthritis and 1489 genes related to drug-induced gastric mucosa injury were screened out.1060 common target genes were obtained after intersection of two disease related genes.PPI network showed that TNF，AKT1，GAPDH，CTNNB1，STAT3 were common key genes.GO enrichment was mainly related to mitochondria，adenosine receptor signal pathway，protein activity，and phosphatase binding.The KEGG signaling pathway includes NF-κB signaling pathway，

JAK-STAT signaling pathway，and Wnt signaling pathway.Conclusion：The acquired common key genes and involved signal pathways of rheumatoid arthritis and drug-induced gastric mucosa injury are helpful to understand their correlation in the disease process and provide theoretical reference for drug development.

【Keywords】 rheumatoid arthritis;drug-induced gastric mucosa injury;signal pathway;bioinformatics

類风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种

以滑膜炎、血管翳等为主要病理特征的慢性自身免疫性疾病，影响全球0.5%～1%的人口［1-3］。RA患者一旦确诊，需长期服用改善病情抗风湿药、非甾体抗炎药（NSAIDs）、糖皮质激素、生物制剂等控制病情，这些药物大多对胃黏膜有直接刺激或间接影响，可抑制环氧化酶导致前列腺素的缺乏，降低胃黏膜的防御系统，从而导致药源性胃黏膜损伤［4］。甲氨蝶呤（MTX）为治疗RA的一线用药，研究发现其可导致胃肠系统损害［5］。RA患者使用NSAIDs胃黏膜损伤发生率达97.2%［6］，提示药源性胃黏膜损伤是不可忽略的问题之一。因此，如何在治疗RA的同时减轻胃黏膜组织损伤，是研究者们亟待解决的问题之一。本研究通过生物信息学分析，希望为阐述RA患者服用药物所致的药源性胃黏膜损伤的发病机制及为未来药物的研究提供理论依据。

1 资料及方法

1.1 获取及整理RA与药源性胃黏膜损伤疾病的基因靶点 通过OMIM数据库（https：//www.omim.org）、GeneCards数据库（https：//www.genecards.org）、TTD数据库（https：//db.idrblab.net/ttd）、pharmPKB数据库（https：//www.pgarmgkb.org）、drugbank数据库（https：//go.durgbank.com）检索关键词“rheumatoid arthritis”及“drug induce gastric mucosal injury”，设置物种为人源（Homo sapiens），选择基因项目，收集RA及药源性胃黏膜损伤疾病基因，将5个数据库获得的结果进行整理及去除重复项。通过Venn 2.1（http：//bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/）绘图工具绘制疾病的韦恩图，筛选出交集基因。

1.2 构建PPI网络及筛选关键基因 利用STRING數据平台（https：//string-db.org/），设置物种为人源，将得到的交集基因导入数据平台，制作PPI网络图，并将结果以TSV格式导入Cytoscape 3.8.2软件进行拓扑分析，根据Degree数值筛选出关键靶点。

1.3 基因富集分析 借助DAVID数据库平台（http：//david.ncifcrf.gov/），设置物种为人源，并选择官方基因名，得出GO富集分析及KEGG信号通路分析。

2 结 果

2.1 RA与胃黏膜损伤的基因筛选及整理结果 通过OMIM、GeneCards、TTD、pharmPGB、drugbank

数据库分别获取RA及药源性胃黏膜损伤相关靶点，合并整理后删除重复项，得到RA基因4953个，药源性胃黏膜损伤相关基因1489个，获得交集基因1060个，使用在线绘图工具将所得交集靶点进行映射，绘制韦恩图，见图1。

2.2 PPI网络及关键靶点基因 将共同靶点基因导入STRING数据库，通过Cytoscape 3.8.2软件将所得结果进行可视化分析，其度值越高，节点就越大，颜色就越深，见图2。为筛选RA与胃黏膜损伤的关键基因，根据PPI网络的度值（Degree > 60）整理出前20位的靶点及关键靶点，主要有肿瘤坏死因子（TNF）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（CASP3）、信号转导因子和转录激活因子3（STAT3）等。见图3、图4。

2.3 绘制GO富集分析及KEGG信号通路图 将所获得的共同基因借助DAVID数据库进行GO功能富集分析和KEGG信号通路分析。GO功能富集分析生物过程主要涉及心肌兴奋收缩与调节、线粒体定位、腺苷受体信号通路等，细胞组分主要与囊泡、分泌颗粒、细胞外周等有关，分子功能主要包括蛋白活性、磷酸酶结合、ATP横跨膜运输活性等，见图5。KEGG通路包括NF-κB、JAK-STAT、Wnt信号通路等，见图6。

3 讨 论

RA是一种病因不明的慢性自身免疫性疾病，可累及手、腕、足部关节，出现关节肿痛、活动受限及关节畸形，严重影响患者的身心健康。除了累及关节，RA还可侵犯心、肺、肾脏等系统。目前治疗药物需要长期服用，部分可能出现耐

药［7］，且对胃肠道有明显的不良反应，导致患者出现恶心、呕吐、胃痛等症状，甚至出现消化道出血，从而增加患者的心理、精神负担，对患者的生活质量造成严重的影响［5］。因此，为阐述RA与药源性胃黏膜损伤之间的关系及未来的研究提供科学理论依据，本文运用生物信息学对RA与药源性胃黏膜损伤的共同基因整理，筛选出2个疾病的关键基因及主要涉及的共同信号通路进行

分析。

通过制作PPI网络，得出TNF、CASP3、STAT3、AKT1等关键基因。研究发现，炎症因子在RA及胃黏膜损伤的发生、发展中具有重要的作用［8-9］，其中TNF占据着重要地位，其主要是由巨噬细胞、B细胞、T细胞产生，可分为TNF-α、TNF-β，目前研究最多的是TNF-α。TNF可促进白细胞介素-6（IL-6）的表达，与健康人相比，RA患者的滑膜细胞、滑膜组织液以及血清中TNF、IL-6、IL-10呈增长趋势，且炎症因子通过刺激靶细胞致炎症细胞因子形成炎症循环，继而侵蚀关节，从而导致关节畸形［10-11］。此外，TNF-α、IL-6也是导致胃黏膜损伤的促炎因子，两者的水平与胃黏膜损伤程度呈正相关；与此同时，炎症因子也会进一步激活NF-κB信号通路，NF-κB与炎症因子相互促进，从而加重胃黏膜损伤［12-13］。CASP3是RA与胃黏膜损伤的关键共同基因之一，Caspase家族是调节细胞凋亡的关键因素之一，细胞凋亡是滑膜成纤维细胞（FLS）坏死的表现方式之一，导致FLS的增生及炎性因子的释放，从而促进RA的发展［14-15］。长期服用NSAIDs的RA患者容易导致胃黏膜损伤，GEBRIL等［16］研究发现，这是由于胃黏膜上皮细胞凋亡和自噬介导导致的，其中Caspases-3扮演着重要的角色，其与胃黏膜损伤的程度呈正相关。近年来，信号转导也成为研究热点，STAT3作为RA关键致病因子之一，失衡的STAT3信号可导致慢性滑膜炎的产生。QIU等［17］研究发现，通过抑制STAT3的磷酸化对缓解RA的症状及促进FLS的凋亡具有重要意义。在胃黏膜损伤中，活化后的STAT3形成的磷酸化信号传导子及转录激活子3（p-STAT3）能够促进促炎因子的表达［18］。

通过对共同基因进行GO和KEGG分析发现，GO功能主要富集在线粒体、腺苷受体信号通路、蛋白活性、磷酸酶结合、ATP横跨膜运输活性等方面。研究显示，相关分子信号通路异常在RA的发病过程中起着重要的作用，仍然是近年来发病机制研究及临床治疗的热点［19］。KEGG通路分析结果表明，NF-κB信号通路、JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路等可能是RA与药源性胃黏膜损伤病理机制中的共同信号通路。据国内外研究文献分析，NF-κB信号通路不仅在RA、胃黏膜损伤的发病中起着重要的作用，而且NF-κB信号通路的活化水平与RA的病情进展及胃黏膜的损伤程度呈正相

关［20-21］。NF-κB信号通路不仅促进致炎因子释放，加重RA关节滑膜炎症，还通过上调NF-κB受体活化因子配体（RANKL）的表达，诱导破骨细胞活化，从而导致关节结构破坏［22-23］。此外，研究也表明，胃黏膜损伤伴随有NF-κB信号通路的激活，进一步增强胃黏膜攻击因素，同时削弱防御屏障如前列腺素E2、表皮生长因子、转化生长因子-α等胃保护因子的表达［24］。目前有研究提出，

6-姜酚不仅有抗RA的作用，还具有胃黏膜保护及抗溃疡作用［25-26］，其机制可能与抑制NF-κB信号通路有关，提示这可能是治疗RA和胃黏膜保护的潜在靶点。最近有研究发现，JAK-STAT信号通路是一种多功能及细胞信号传导通路，因其具备信号传导及转录活化靶基因的双重作用，能参与调节多种疾病的生理病理过程［27］，通过抑制JAK-STAT信号通路介导的细胞因子传导机制，对RA的治疗及减轻胃黏膜损伤至关重要［28-29］。研究发现，抑制JAK-STAT信号通路不仅可有效降低大鼠关节肿胀程度及减少IL-1、TNF-α的表达［30］，还可改善胃黏膜组织损伤，减轻炎性组织细胞的浸

润［29］。Wnt信号通路在维持组织生命周期的平衡具有重要作用，Wnt信号通路可以与NF-κB信号通路、STAT信号通路等相互作用参与炎症的发展，进一步加重RA的骨破坏及胃黏膜损伤［31-32］。

本研究通过利用生物信息学的方法及技术初步探讨了RA与药源性胃黏膜损伤之间的共同致病基因及信号通路，结果显示，RA与药源性胃黏膜损伤之间的交集靶点有1060个，对交集靶点基因进行PPI预测发现，TNF、CASP3、STAT3、AKT1、EGFR等靶点同时作用于RA与胃黏膜。通过GO富集分析及KEGG通路分析，未来我们可着眼于NF-κB信号通路、JAK-STAT信号通路、Wnt信号通路等，研究RA与药源性胃黏膜损伤之间的发病机制。但由于各平台数据的完善及更新程度不同，加上相应的计算方法和软件功能有所区别，因此本研究存在一定的局限性，得出的结果仅可作为RA与药源性胃黏膜损伤实验研究对象的思路之一，为后期的药物开发及实验验证提供理论参考。

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收稿日期：2023-01-15；修回日期：2023-03-07