不怕千招会,只怕一招鲜: 5+非肿瘤生信探讨IgG4-RD的发病机制

导语

今天和大家分享的是2020年11月份发表在FRONT IMMUNOL杂志上的一篇文章“Multiple Processes May Involve in the IgG4-RD Pathogenesis: An Integrative Study via Proteomic and Transcriptomic Analysis”(IF=5.085）。文章中作者鉴定IgG4-RD患者血清和组织样品中几种不同表达的蛋白质，进行WGCNA、KEGG通路等蛋白质组学和转录组学的综合分析，确定了可能参与IgG4-RD发病机制的多个过程、因素和几种信号通路，并发现了IgG4-RD的一些潜在治疗靶标。

Multiple Processes May Involve in the IgG4-RD Pathogenesis: An Integrative Study via Proteomic and Transcriptomic Analysis

蛋白质组学和转录组学分析的综合研究：IgG4-RD发病的潜在机制

一、研究背景

免疫球蛋白G4相关疾病（IgG4-RD）是一种新近定义的免疫介导疾病，具有常见的临床、血清学和病理学特征。IgG4-RD的共同特征包括血清IgG4水平升高，多器官受累，IgG4 +浆细胞的密集浸润和显着的组织浸润。这种疾病对男性的影响大于对女性，大多诊断年龄为50至70岁。尽管大多数患者对类固醇的反应都很好，但复发率可接近50％。蛋白质是生物学功能的效应物，在疾病的发病机理中起着至关重要的重要作用。蛋白质组学涉及鉴定和定量细胞，组织或生物体中总蛋白质含量的技术应用。但是，IgG4-RD领域的蛋白质组学研究仍是空白。因此蛋白质组学和转录组学方面鉴定IgG4-RD的特征对于研究IgG4-RD的潜在致病机制至关重要。

二、结果解读

1、蛋白质组学数据鉴定差异表达的蛋白

作者在武汉同济医院风湿免疫科研究了八名初治IgG4-RD患者（25-70岁）的八种诊断血清样品。IgG4-RD的诊断依据IgG4相关疾病（IgG4-RD）的诊断标准，同时收集了来自健康对照（HC）的八份血清样品。

表1：研究中IgG4-RD患者的基本临床信息

组织中共有980种（DEPs）差异表达蛋白（DEPs）（542个上调，438个下调），而血清中94种差异表达蛋白（差异表达86个上调，8个下调）。根据标准（IgG4-RD与对照的均值之比≥1.2，p <0.05）在IgG4-RD和对照样品之间鉴定出图1B。

图1.IgG4-RD患者和对照之间差异表达的蛋白质的火山图

其中，发现在组织和血清的比较中有12个DEP（IGHG4，ITA2B，URP2，HV118，APOC2，GP1BA，CAP1，TBB1，APOE，DSC2，TSP1和SODE）重叠，并且所有这些DEP在IgG4中上调，提示其对IgG4-RD患者的重要性。为了解这些可能参与IgG4-RD的DEP的功能，对在组织中/血清中在IgG4-RD和对照样品之间鉴定的这些DEP进行了功能富集分析。结果表明，大多数组织上调的DEP涉及免疫相关细胞激活过程，但组织中DEP的下调主要参与与细胞连接有关的加工过程。

图2.具有蛋白质组学数据的组织中DEP的功能富集

鉴于血清中被下调的DEP数量很少，将重点放在上调的DEP进行进一步分析在GO生物学过程（BP）和KEGG通路中都无法理解诸如蛋白激活级联，血小板激活和细胞外结构组织之类的通路。

图3.KEGG分析和GO生物学过程中上调的DEP

2、转录组数据的加权基因共表达网络分析

使用来自LSC样本的GSE40568数据集，共输入4,364个变异系数（CV）> 5％的基因作为WGCNA的输入。结合拓扑重叠矩阵和分层平均链接聚类方法，我们在IgG4-RD（n = 5），pSS（n = 5）和HC样本（n = 3）中检测到13个模块。其中，具有934个基因的“绿松石模块”与IgG4-RD表型的相关性最强（相关= 0.81，p = 7e-5），总共输出354个“绿松石”模块中边缘邻接值大于0.2的基因，以进行进一步的功能富集分析。

图4.WGCNA分析模块特征关系

基于PBMC样本的GSE66456数据集鉴定出2306个变异系数（CV）> 5％的基因作为WGCNA的输入。在这项研究中，WGCNA在治疗前（IgG4-RD_BT，n = 2），治疗后（IgG4-RD_AT，n = 2）和HC样品（HC，n = 4）中的IgG4-RD中检测到14个模块。其中，具有360个基因的黄色模块与IgG4-RD_BT表型相关性最强。此外，输出247个黄色模块中的边缘邻接值大于0.2的基因用于功能富集。总的来说发现了可能涉及IgG4-RD的三个主要生物学过程和几个信号通路。

图5.黄色模块的组成曲线

3、抗体介导的自身免疫反应是IgG4-RD的特征

抗原受体介导的信号通路在IgG4-RD组织中显着丰富。除了T细胞相关的信号通路外，还利用KEGG分析的蛋白质组学数据，发现了几种与B细胞相关的免疫过程有关的KEGG途径。同时，在对IgG4-RD LSG的转录组数据进行WGCNA分析时，绿色模块也富集“FcγR介导的吞噬作用”等通路到。这些结果表明了IgG4-RD的自身免疫特性，并且还揭示了抗体在IgG4-RD的自身免疫应答中的重要作用。

表2:PBMC转录组数据中黄色模块基因（邻接值> 0.2）的KEGG分析

4、潜在感染和与感染相关的反应可能是IgG4-RD的触发因素

传染原是病原体相关分子模式（PAMP）的主要来源，并且可以介导危险相关分子模式（DAMP）的释放。PAMP和DAMP都是模式识别受体（PRR）的配体，可以在参与免疫反应的许多细胞成分中找到它们。PRR的激活可以调节免疫相关细胞的功能状态，从而进一步影响免疫反应的过程。根据我们的蛋白质组学数据，IgG4-RD组织中富含许多与感染相关的通路：

表3: IgG4-RD组织蛋白质组学数据富集的KEGG通路

同时还发现转录组数据中绿色模块的基因也富集与感染通路相关，例如“人乳头瘤病毒感染”，“幽门螺杆菌感染中的上皮细胞信号传导”，“细菌侵袭上皮细胞”等。

表4 绿色模块有关的KEGG通路

这些通路中的大多数都与细菌感染有关，这可能与IgG4-RD中涉及最多的器官是外分泌器官，如胰腺和下颌下腺有关。因此可以推断出感染原和感染相关过程可能在IgG4-RD的发生和发展中起重要作用。

5、在IgG4-RD样品中观察到血小板活化

在蛋白质组学数据中，来自IgG4-RD患者血清和组织样品的DEPs富集“血小板活化”通路。同时，在组织转录组数据集的绿色模块的基因中也观察到 “血小板活化”通路的富集。这个结果与血小板的研究相一致，血小板可以作为具有调节功能的免疫成分。

图6.血清中绿色模块与血小板激活通路的网络

6、多种信号通路可能参与了IgG4-RD的发病机制

了解IgG4-RD中明显富集的信号通路可能有助于寻找潜在的治疗靶标。在蛋白质组学数据中，如“ MAPK信号传导途径”等通路在转录组数据中也显著相关。

表5:在IgG4-RD组织转录组数据中富集的信号通路

在这项研究中，仅在组织蛋白质组学数据和GSE40568数据集中的IgG4-RD LSG样品中观察到了 “ Rap1信号传导途径” 。Rap1信号通路的激活可以导致促炎性细胞因子的产生并调节MMPs的表达水平，这对调节细胞外基质至关重要，并影响纤维化过程。

图6.Rap1信号传导通路的基因网络

7、与组织DEP相关的生物过程确定潜在治疗靶标

为找出IgG4-RD的潜在治疗靶标，提取了组织蛋白组学数据中所有DEP富集的前30个KEGG / GO通路中涉及的所有蛋白（不仅是DEP）。在KEGG排名前30的通路中有1,674个蛋白，在GO BP排名前30的通路中鉴定了2,291个蛋白。基于这些蛋白在不同生物学过程中的参与，构建了网络并计算了每种蛋白的连接度。

图7.参与所有组织DEP的前30个 KEGG和GO通路蛋白互作网络

三、小结

作者检测了IgG4-RD患者的血清和组织蛋白酶体，基于蛋白质组和转录组分析的公共数据集进行WGCNA分析，找出与IgG4-RD相关的基因模块并寻求潜在的病原学信息，筛选差异表达蛋白，进行KEGG通路富集和GO分析。鉴定了与健康人相比IgG4-RD患者血清和组织样品中几种不同表达的蛋白质，阐明了IgG4-RD中免疫炎症反应的特征，这些结果可为阐明IgG4-RD的发病机理提供线索。