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专家科普:反复种植失败者子宫内膜生物信息学分析结果

2023-01-16 17:37:45

从我国前六次全国人口普查分析,我国人口出生率总体呈下降趋势,人口总体生育能力的下降是一个不可忽视的问题。对于女性,妊娠的成败关键在于胚胎能否成功植入子宫并顺利生长。随着人们生育观念的改变、三孩政策的放开、晚婚晚育的普遍,高龄妇女逐渐在女性生育大军中占据较高比例,这类女性生育能力显然下降,辅助生殖技术(assisted reproductive technology,ART)的发展无疑为这类难以自然受孕女性带来生育的希望。

 

专家科普:反复种植失败者子宫内膜生物信息学分析结果
 

体外受精/卵胞质内单精子注射-胚胎移植(in vitro fertilization/intracytoplasmic sperm injection-embryo transfer,IVF/ICSI-ET)是用人工方法让卵子和精子在IVF并进行早期胚胎发育,然后移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。该技术的发展帮助广大不孕不育患者解决大部分生育困扰,但随之而来的反复种植失败及妊娠丢失无疑是此技术发展中需面临的问题,其中以反复种植失败问题尤为突出。健康的胚胎及容受性良好的子宫内膜能大大提高种植率,有研究显示,约2/3的着床失败与子宫内膜容受性相关,子宫内膜容受性即子宫内膜允许胚胎黏附直至完成植入过程。

 

本研究以着床窗口期子宫内膜为研究组织出发,借助GEO数据库探讨其关键基因及信号通路,从基因表达层面分析差异表达基因对胚胎植入过程的影响。下面让我们和幸孕行专家一起来了解一下基于GEO数据库芯片对反复种植失败者子宫内膜生物信息学分析的结果。

 

一、差异基因的筛选

 

GSE26787数据集中根据筛选标准共鉴定出FC-IF组374个差异基因(160个上调基因和214个下调基因),GSE111974数据集共鉴定出FC-RIF组695个差异基因(282个上调基因和413个下调基因),绘制成火山图(volcanic map)显示差异基因分布情况(图1)。将差异基因P<0.01,以|logFC|≥2基因数据进行聚类分析绘制成热图(heatmap)直观显示差异基因组间表达情况(图2)。

 

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图1差异表达基因火山图

Figure 1Volcano plot of the differentially expressed genes

 

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图2差异基因表达热图

Figure 2 Heatmap of differential gene expression

 

二、差异表达基因的共交集情况

 

通过Venny2.1.0在线工具将GSE26787与GSE111974两数据集所得差异基因进行对比交集(图3),获得共同差异表达基因74个:RABGAP1L、NRCAM、LOC100505912、THEM4、SLC4A7、LCN12、PLA2G4F、MFSD6、NUP153、SQLE、SOX7、KCNG1、PIP5K1B、PTGS2、PAX2、SLC16A6、SERPINA4、XDH、TM4SF4、GMPR、SHISA8、LPAR3、NEBL、KHDRBS3、PLCB1、NFIB、MPPED2、TMED6、BIRC3、STEAP4、FAM155B、OPRK1、ALPL、SERPINA5、ADAMTS8、GGTA1P、PSAT1、ANK3、RNF183、SLC7A4、CTNNA2、SULT1E1、FMO5、TMEM144、PLD5、ST3GAL6、PRAME、IKZF2、TFPI2、NR4A2、FLRT3、CCDC80、CA12、SLC1A1、ACTA2、EDNRB、MGP、CDH3、GLIPR1、IMPA2、ASS1、KIR2DS2、PAPSS2、PPARGC1A、SNX10、PDZK1、TGM2、MLPH、AOX1、EFEMP1、CYP3A5、VCAM1、PHLDB2、PROM1。

 

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图3共同差异表达基因韦恩图

Figure 3 The Venn diagram of common differentially expressed gene

 

三、差异表达基因的GO分析和KEGG分析

 

将所得74个共表达差异基因通过GO分析显示,P<0.01的共富集到5个生物学过程、3个细胞组分、2个分子功能和1个KEGG通路,BP包括氧化还原过程、老化、轴突生成、单细胞黏附、黄嘌呤分解代谢过程;CC包括蛋白细胞外基质、细胞器膜、膜的组成部分等;MF为黄素腺嘌呤二核苷酸结合、黄嘌呤脱氢酶活性。KEGG分析显示,P<0.01的通路为代谢途径(表1)。

 

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四、PPI网络的构建和关键基因的筛选

 

可视化分析所得的PPI网络共包括38个节点和31条边,其中连通度越大的基因节点越大(图4)。PPI网络中连通度运用MCC算法选取节点最大前10为关键基因,分别为PTGS2、PLCB1、MGP、CYP3A5、LPAR3、VCAM1、ALPL、SLC1A1、SLC4A7、SULT1E1,相应连通度分别为4、4、3、3、3、2、2、2、2、2。通过MCODE插件得到1个模块,包括3个节点和3条边(图4),3个节点基因包括PLCB1、EDNRB、LPAR3。

 

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