非特異性間質(zhì)性肺炎關(guān)鍵基因與免疫細(xì)胞浸潤分析及中藥預(yù)測

田仁偉，張少謙，太鶴蓓，張雅婷，陳明竹，羅 超，吳文麗，吳 寧

·數(shù)據(jù)挖掘與循證醫(yī)學(xué)·

非特異性間質(zhì)性肺炎關(guān)鍵基因與免疫細(xì)胞浸潤分析及中藥預(yù)測

田仁偉，張少謙，太鶴蓓，張雅婷，陳明竹，羅 超，吳文麗，吳 寧*

貴州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院化學(xué)與生物化學(xué)實驗室，貴州 貴陽 550004

探尋非特異性間質(zhì)性肺炎相關(guān)的關(guān)鍵基因、發(fā)病機制、免疫細(xì)胞浸潤水平和潛在治療中藥。從GEO數(shù)據(jù)庫獲取基因芯片GSE110147，利用R語言“l(fā)imma”等相關(guān)拓展包篩選差異表達(dá)基因，通過STRING和Cytoscape軟件構(gòu)建蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖，并篩選出關(guān)鍵基因。關(guān)鍵基因通過基因芯片GSE101286進(jìn)行驗證后，利用R語言“clusterProfiler”等拓展包及Cytoscape軟件中的GlueGO插件進(jìn)基因本體（gene ontology，GO）功能富集分析、京都基因與基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析，再基于CIBERSORT反卷積算法分析免疫細(xì)胞浸潤模式。最后將關(guān)鍵基因?qū)隒oremine Medical數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行相關(guān)中藥預(yù)測。共篩選出407個差異基因和15個關(guān)鍵基因。GO分析顯示，非特異性間質(zhì)性肺炎與剪切體、翻譯過程高度相關(guān)；KEGG富集結(jié)果顯示非特異性間質(zhì)性肺炎與RNA剪接體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工通路聯(lián)系最為密切。免疫細(xì)胞浸潤分析顯示非特異性間質(zhì)性肺炎患者組織內(nèi)靜息的CD4+記憶T細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞等浸潤水平較高，而CD8+T細(xì)胞、漿細(xì)胞、活化NK細(xì)胞和M1巨噬細(xì)胞浸潤水平較低。通過關(guān)鍵基因篩選到18味中藥，其中雷公藤和茯苓有較大治療潛力。通過生物信息學(xué)方法，篩選非特異性間質(zhì)性肺炎的關(guān)鍵基因，明確了潛在治療中藥，為非特異性間質(zhì)性肺炎發(fā)病機制、治療新靶點研究及新藥研發(fā)提供新的方向。

非特異性間質(zhì)性肺炎；生物信息學(xué)；關(guān)鍵基因；免疫浸潤；雷公藤；茯苓

非特異性間質(zhì)性肺炎（nonspecific interstitial pneumonia，NSIP）屬于間質(zhì)性肺炎的一種，于2002年被單獨列出作為一種疾病[1]。NSIP臨床特征無明顯特異性，多以咳嗽和呼吸困難為主，少數(shù)病例會出現(xiàn)發(fā)熱、疲勞和體質(zhì)量下降等癥狀[2-3]，故容易造成誤診。目前對于NSIP的發(fā)病機制并不明確，但已有研究表明炎癥誘導(dǎo)及部分免疫細(xì)胞浸潤在其發(fā)展過程中起到重要作用[4]，與肺部膠原纖維沉著致肺間質(zhì)增厚一起作為NSIP 2個已知的主要病理改變。故挖掘其關(guān)鍵基因、生物學(xué)過程、相關(guān)通路和免疫細(xì)胞浸潤情況有較大意義。目前對于NSIP的治療方法多以激素和免疫抑制劑為主，但其副作用較大，治療效果仍不理想[5]，故不良反應(yīng)較少的中藥或許會成為其新的治療思路。本研究主要探討與NSIP主要病理變化的發(fā)生機制相關(guān)的基因或通路，分析其免疫浸潤模式中突出表現(xiàn)的細(xì)胞，以及針對關(guān)鍵基因預(yù)測靶向中藥，以期為NSIP的臨床診斷和治療提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)獲取

在GEO數(shù)據(jù)庫[6]（GEO DataSet，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds/）中以“nonspecific interstitial pneumonia、non-specific interstitial pneumonia、NSIP”作為檢索詞，將種屬設(shè)置為“human sapiens”進(jìn)行檢索，選擇結(jié)果中2018年1月以后發(fā)表的基因芯片GSE110147為研究對象，其中包括10個NSIP患者肺組織樣本和11個正常組織樣本。GSE101286為2017年發(fā)表芯片，且質(zhì)量較好，用于驗證關(guān)鍵基因的差異表達(dá)，研究技術(shù)路線見圖1。

圖1 技術(shù)路線流程

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

運用R Studio調(diào)用“Bioconductor”“affyPLM”等相關(guān)拓展包對GSE110147表達(dá)譜芯片進(jìn)行質(zhì)量評估，繪制芯片相對對數(shù)表達(dá)（relative log expression，RLE）箱線圖、相對標(biāo)準(zhǔn)差（normalized unscaled standard errors，NUSE）箱線圖。

1.3 數(shù)據(jù)處理及差異基因篩選

基于“l(fā)imma”拓展包對NSIP和正常組織基因數(shù)據(jù)中的探針進(jìn)行歸一化處理，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行τ檢驗和貝葉斯檢驗，當(dāng)1個基因?qū)?yīng)多個探針時取其平均值，箱線圖檢驗其標(biāo)準(zhǔn)化和分組間聚類情況。對標(biāo)準(zhǔn)化后的GSE110147芯片表達(dá)譜進(jìn)行差異分析。差異表達(dá)基因（differentially expressed genes，DEGs）以log2(fold change, FC) 的絕對值＞2和＜0.01為篩選條件，以log2FC的正負(fù)代表該基因上調(diào)或是下調(diào)。

1.4 差異基因蛋白質(zhì)相互作用（protein-protein interaction，PPI）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及關(guān)鍵基因篩選

將獲得的DEGs以medium confidence＞0.4為篩選條件，利用STRING數(shù)據(jù)庫[7]（https://string-db. org/）進(jìn)行PPI分析，再將得到的PPI互作網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入Cytoscape軟件（Version 3.9.1），利用CytoHubba插件中的度（degree）值對節(jié)點進(jìn)行排名，篩選獲得關(guān)鍵基因（hub gene）。

1.5 關(guān)鍵基因驗證

將基因芯片GSE101286按照“1.2”和“1.3”項下方法進(jìn)行處理得到各基因的表達(dá)情況，再從中將分析獲得的關(guān)鍵基因在基因芯片GSE101286表達(dá)矩陣中進(jìn)行提取，并通過R語言對所得結(jié)果進(jìn)行可視化分析，驗證關(guān)鍵基因在2個基因芯片中表達(dá)趨勢是否一致。

1.6 基因本體（gene ontology，GO）功能富集分析和京都基因與基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析

將得到的關(guān)鍵基因以閾值＜0.05通過Cytoscape軟件的GlueGO插件進(jìn)行GO功能富集分析；再基于R Studio和“clusterProfiler”“org.Hs.eg. db”“ggplot2”“pathview”等擴展包，設(shè)定閾值＜0.05，進(jìn)行KEGG通路富集分析，并且將排名前2的通路進(jìn)行基因定位展示。

1.7 免疫細(xì)胞浸潤分析

將所獲得的DEGs基于CIBERSORT算法，以閾值＜0.05進(jìn)行22種免疫細(xì)胞浸潤分析，其中包括CD8+T淋巴細(xì)胞、M1巨噬細(xì)胞、活化的自然殺傷細(xì)胞等免疫細(xì)胞。

1.8 相關(guān)中藥預(yù)測

將關(guān)鍵基因輸入到Coremine Medical數(shù)據(jù)庫[8]（http://www.coremine.com/）中，下載該基因的相關(guān)中藥信息，以＜0.05為條件得到潛在治療中藥。將結(jié)果導(dǎo)入Cytoscape軟件中進(jìn)行可視化分析，并篩選出對應(yīng)2個關(guān)鍵基因及以上的關(guān)鍵中藥，再通過《中藥大辭典》《中國藥典》《中華本草》等分析其性味歸經(jīng)和功能主治，最后通過查閱文獻(xiàn)找出關(guān)鍵中藥。

1.9 關(guān)鍵中藥與對應(yīng)基因分子對接驗證

對得到的關(guān)鍵中藥進(jìn)行分析并查找其主要成分，在PubChem（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）平臺下載主要成分的3D結(jié)構(gòu)，從PDB（http://www.rcsb.org/）數(shù)據(jù)庫下載藥物候選靶蛋白的3D結(jié)構(gòu)，通過PyMOL2.4.0進(jìn)行處理，再通過AutoDock vina進(jìn)行分子對接。對接結(jié)果用自由結(jié)合能判定優(yōu)劣，當(dāng)自由結(jié)合能≤?5.0 kJ/mol，表示化合物與靶蛋白之間有良好的相互作用關(guān)系，結(jié)合能越低，對接模塊越穩(wěn)定，二者相互作用的可能性越大，選擇自由結(jié)合能最低的對接結(jié)果進(jìn)行可視化展示。

2 結(jié)果

2.1 芯片質(zhì)量分析

對GSE110147基因芯片進(jìn)行質(zhì)量分析，結(jié)果顯示所得RLE箱線圖各個樣本中位數(shù)在同一條水平線上，整體表達(dá)水平基本趨于一致。NUSE相較于RLE則更為敏感，可以進(jìn)一步剔除降解嚴(yán)重的不可靠樣本，NUSE箱線圖結(jié)果顯示，整體表達(dá)水平同樣接近一致，則所有數(shù)據(jù)可納入研究，見圖2。

圖2 GSE110147基因芯片質(zhì)量分析箱線圖

2.2 DEGs獲得

通過R包對GSE110147基因芯片分析結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)化后樣本表達(dá)基線一致，共篩選得到407個DEGs（上調(diào)基因273個，下調(diào)基因134個），并以火山圖及熱圖展示排名前100的DEGs，見圖3。

2.3 PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及關(guān)鍵基因獲得

對所得DEGs構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，其中共有297個節(jié)點，節(jié)點間共1160個相互作用關(guān)系。根據(jù)度值評分排序，選出前15個基因，分別為含WD重復(fù)域蛋白36（WD repeat-containing protein 36，）、ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白E1（ATP-binding cassette sub-family E member 1，）、（superkiller viralicidic activity 2-like 2）、核糖體蛋白S13（Ribosomal protein S13，）、90 kDa熱休克蛋白αA1（heat shock protein HSP 90-alpha1，）、真核翻譯起始因子3a（eukaryotic translation initiation factor 3 subunit A，）、（DNA-directed RNA polymerase II subunit RPB2）、（RPL13A為其編碼蛋白，small nucleolar RNA，C/D box 34）、真核翻譯起始因子5B（eukaryotic translation initiation factor 5B，）、DEAD框肽21（DExD-box helicase 21，）、GTP結(jié)合蛋白4（GTP-binding protein 4，）、染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白3（structural maintenance of chromosomes protein 3，）、核仁pre-rRNA加工蛋白同系物（nucleolar pre-rRNA processing protein homolog，）、核仁素（nucleolin，）、谷氨酰脯氨酰tRNA合成酶（glutamate-tRNA ligase，），其中和為下調(diào)基因，其余為上調(diào)基因，見圖4和表1。

2.4 關(guān)鍵基因驗證結(jié)果

將關(guān)鍵基因在基因芯片GSE101286進(jìn)行驗證后發(fā)現(xiàn)，除基因、和以外12個基因所得驗證結(jié)果與上述結(jié)果一致（＜0.05），見圖5。

2.5 GO功能富集和KEGG通路分析

關(guān)鍵基因的GO分析顯示，主要富集的生物過程（biological process，BP）為蛋白質(zhì)復(fù)性、翻譯過程、高爾基組織、細(xì)胞骨架依賴型細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運、水解酶活性；細(xì)胞成分（cellular component，CC）為剪接復(fù)合體、染色體著絲粒區(qū)域、核斑點；分子功能（molecular function，MF）為退火活性、微管蛋白結(jié)合、RNA結(jié)合。KEGG通路分析共獲得13條富集通路，其中核心靶點與RNA剪接體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工通路聯(lián)系最為密切，除此之外還與黏著斑激酶信號通路、癌癥中蛋白多糖變化等存在聯(lián)系，見圖6、7。

2.6 免疫細(xì)胞浸潤

通過CIBERSORT算法所得結(jié)果（圖8）顯示，與正常組織相比，NSIP患者組織中CD8+T細(xì)胞（Tcells CD8）浸潤水平顯著降低，漿細(xì)胞（plasma cells）、活化的NK細(xì)胞（NK cells activated）和M1巨噬細(xì)胞（macrophages M1）表達(dá)水平均較低；NSIP患者組織中靜息的CD4+記憶T細(xì)胞（T cells CD4 memory resting）浸潤水平顯著升高，幼稚B細(xì)胞（B cells naive）、活化的CD4+記憶T細(xì)胞（T cells CD4 memory activated）、單核細(xì)胞（monocytes）、M0巨噬細(xì)胞（macrophages M0）、M2巨噬細(xì)胞（macrophages M2）、活化的樹突狀細(xì)胞（dendritic cells activated）、肥大細(xì)胞（dendritic cells activated）和嗜酸性粒細(xì)胞（eosinophils）的表達(dá)水平也較高。

而記憶B細(xì)胞（B cells memory）、幼稚CD4+T細(xì)胞（T cells CD4 naive）、濾泡輔助性T細(xì)胞（T cells follicular helper）、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（T cells regulatory，Tregs）、靜息的NK細(xì)胞（NK cells resting）、中性粒細(xì)胞（neutrophils）表達(dá)水平差異不顯著。

同時將差異最為顯著的CD8+T細(xì)胞、靜息的CD4+記憶T細(xì)胞與15個關(guān)鍵基因進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)除和外，其余13個基因與CD8+T細(xì)胞呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，與靜息的CD4+記憶T細(xì)胞呈現(xiàn)正相關(guān)性，見圖9（＜0.05、＞0.3有相關(guān)性，＜0.05、＞0.8為顯著相關(guān)）。

A-GO功能富集聚類圖 B-GO功能富集餅狀圖 C-KEGG通路富集氣泡圖 D-KEGG通路富集環(huán)狀圖

A-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工通路 B-RNA剪接體通路（紅色高亮為富集所得關(guān)鍵基因在通路中的位置）

A-免疫細(xì)胞浸潤堆積圖 B-免疫細(xì)胞浸潤箱線圖（*P＜0.05 **P＜0.01 ***P＜0.001）

2.7 中藥預(yù)測分析

通過關(guān)鍵基因共篩選到18味中藥，分別為冬菇、玉米須、向日葵花、松葉、松香、松節(jié)油、松花粉、石刁柏、芒果核、落葵、雷公藤、葵花盤、浮小麥、茯神、茯苓、北豆根、板栗和浙貝母，其中四氣五味主要集中于平、溫、甘和苦，歸經(jīng)以肝、脾、心、腎和肺為主，功能主治偏重清熱利濕、利尿消腫。通過查閱文獻(xiàn)驗證后雷公藤與茯苓治療潛力較大，見圖10和表2，性味歸經(jīng)統(tǒng)計分析見圖11。

圖9 關(guān)鍵基因與CD8+T細(xì)胞、靜息的CD4+記憶T細(xì)胞相關(guān)性分析

內(nèi)圈紅色圓為關(guān)鍵基因，中間較大藍(lán)色圓為18味關(guān)鍵中藥，外圈藍(lán)色園為其余不顯著中藥

2.8 關(guān)鍵中藥分子對接驗證

通過查閱文獻(xiàn)以及口服生物利用度（oral bioavailability，OB）、類藥性（drug-likeness，DL），分析關(guān)鍵中藥雷公藤和茯苓主要活性物質(zhì)，并從中選擇5種主要活性物質(zhì)與對應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄蛋白進(jìn)行分子對接，得到其優(yōu)勢構(gòu)象和自由結(jié)合能。結(jié)果表明，主要活性物質(zhì)與其對應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄蛋白的自由結(jié)合能均小于?5.0 kJ/mol，并且每個有效成分均可以通過氫鍵作用于其對應(yīng)的蛋白氨基酸殘基，見表3和圖12、13。結(jié)果證明雷公藤與茯苓的主要活性物質(zhì)與其對應(yīng)蛋白的相互作用可能性較大，有潛在作用價值。

3 討論

NSIP屬于間質(zhì)性肺炎的一種，是一種慢性肺部疾病，肺泡壁均勻增厚、炎癥與免疫細(xì)胞浸潤和膠原纖維沉著是其主要的病理變化，常見癥狀為咳嗽與呼吸困難[9]。

表2 關(guān)鍵基因預(yù)測中藥分析

圖11 中藥四氣(A)、五味(B)、歸經(jīng)(C) 統(tǒng)計分析

目前發(fā)病機制、診斷依據(jù)并不十分清楚，并且治療方案副作用較多，治療效果并不理想。生物信息學(xué)是多學(xué)科交叉融合的一門綜合學(xué)科，而高通量技術(shù)是生物信息學(xué)中新一代的測序技術(shù)，能以更高通量、更低成本快速完成基因組和轉(zhuǎn)錄組的測序[10-11]。因此，使用生物信息學(xué)技術(shù)對NSIP的關(guān)鍵基因、免疫細(xì)胞浸潤等情況進(jìn)行分析，可以對尋找NSIP發(fā)病機制起到推動作用。同時基于該技術(shù)，為NSIP尋找潛在治療靶點，并進(jìn)一步以此預(yù)測潛在治療中藥，不僅可以推動傳統(tǒng)中藥發(fā)展達(dá)到老藥新用的目的，以期對臨床治療提供一定研究基礎(chǔ)。

3.1 關(guān)鍵基因與NSIP內(nèi)在聯(lián)系

本研究通過對基因芯片GSE110147進(jìn)行分析，得到273個上調(diào)基因和134個下調(diào)基因。并且通過PPI網(wǎng)絡(luò)分析篩選出15個與NSIP發(fā)病機制相關(guān)的關(guān)鍵基因。分別為下調(diào)基因、和上調(diào)基因、、、、、、、、、、、，與基因芯片GSE101286驗證結(jié)果基本一致（除基因、和以外）。

表3 關(guān)鍵中藥主要活性物質(zhì)與對應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄蛋白分子對接結(jié)果

圖12 雷公藤有效活性物質(zhì)與對應(yīng)基因分子對接驗證

圖13 茯苓有效活性物質(zhì)與對應(yīng)基因分子對接驗證

15個關(guān)鍵基因中部分基因已有研究表明與肺部疾病有較大關(guān)聯(lián)：可以作為抗肺纖維化的治療靶標(biāo)，并且通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor β1，TGFβ1）/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）信號通路調(diào)節(jié)間充質(zhì)標(biāo)志物和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)，因此可作為治療特發(fā)性肺纖維化的潛在靶標(biāo)[12]。在肺癌患者中高表達(dá)還與較差的生存預(yù)后相關(guān)，并且可作為輔助診斷指標(biāo)[13-14]。在肺癌中表達(dá)較高且預(yù)后不良，可以通過激活程序性死亡配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1）而抑制T細(xì)胞活性，可作為干預(yù)肺癌的靶標(biāo)[15]。在非小細(xì)胞肺癌患者中的表達(dá)水平較高，在敲低的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力降低[16]。在人的肺腺癌組織中，表達(dá)水平較高，與臨床的分期也有聯(lián)系，在敲低后可以減緩癌細(xì)胞的增殖，并且與降低靶向藥物的耐藥性有關(guān)[17-18]，而在非小細(xì)胞肺癌中，可以通過細(xì)胞趨化因子7（C-C motif chemokine 7，CCL7）信號通路參與肺癌的進(jìn)展[19]。在人肺癌A549細(xì)胞中敲低之后會抑制該細(xì)胞的增殖和遷移能力[20]。通過參與肺泡上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化作用而影響肺纖維化的進(jìn)程，通過抑制表達(dá)可以改善肺纖維化程度，目前已有針對該靶點進(jìn)行治療藥物的研究[21-23]。

肺纖維化為NSIP重要的病理變化，且預(yù)后不理想。如上所述，本研究篩選出的關(guān)鍵基因與肺部纖維化有所關(guān)聯(lián)。因此，在NSIP的進(jìn)展中，對這些基因的關(guān)注可能會給NSIP的防治帶來新的研究方向。

3.2 富集結(jié)果與NSIP的內(nèi)在聯(lián)系

對差異基因進(jìn)行GO功能富集分析結(jié)果顯示，NSIP與剪切體、翻譯過程高度相關(guān)，而KEGG通路富集分析結(jié)果顯示NSIP與RNA剪接體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工通路聯(lián)系最為密切。其中剪切體出現(xiàn)于2項富集結(jié)果中，提示其與NSIP可能存在緊密聯(lián)系，針對剪切體進(jìn)行檢索后，發(fā)現(xiàn)目前研究中，剪切體與肺癌的發(fā)病過程有較大關(guān)聯(lián)性[24-25]，并且剪切體的相關(guān)蛋白130在特發(fā)性肺纖維化中的纖維化病灶中高表達(dá)，并且與肺部纖維化程度呈正相關(guān)，與其發(fā)病過程密切相關(guān)[26]，這提示剪切體可能會在NSIP進(jìn)展過程中與其纖維化程度有所關(guān)聯(lián)。而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在間質(zhì)性肺炎纖維化的過程中也起到一定的作用[27-28]，表明這些生物結(jié)構(gòu)過程和通路為NSIP潛在的治療靶點和研究方向。

結(jié)合前文對關(guān)鍵基因的分析，關(guān)鍵基因與富集結(jié)果相互印證彼此的可靠性。而目前在NSIP中尚未有對高爾基體、微管蛋白結(jié)合、黏著斑激酶信號通路的研究，也許在NSIP的發(fā)展過程中有著一定的作用，可為后續(xù)的研究提供方向來揭示NSIP尚不明確的發(fā)病過程。

3.3 免疫浸潤結(jié)果分析

對基因芯片進(jìn)行22種免疫細(xì)胞浸潤分析顯示，NSIP患者組織內(nèi)靜息的CD4+記憶T細(xì)胞、活化的CD4+記憶T細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、幼稚B細(xì)胞、單核細(xì)胞、肥大細(xì)胞等浸潤水平較高，但靜息的CD4+記憶T細(xì)胞浸潤水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于活化的CD4+記憶T細(xì)胞，而CD8+T細(xì)胞、漿細(xì)胞、活化NK細(xì)胞和M1巨噬細(xì)胞浸潤水平較低。提示免疫細(xì)胞在NSIP的浸潤模式有特異性，多種具有免疫應(yīng)答或促炎功能的細(xì)胞浸潤水平顯著提升，故免疫細(xì)胞浸潤在NSIP的發(fā)展過程中起到重要的作用。

免疫細(xì)胞浸潤同樣是NSIP重要的發(fā)病過程，通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞浸模式與肺纖維化密切相關(guān)。而本研究中所得CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞在肺纖維化的進(jìn)程中已被證實存在緊密聯(lián)系，外周血中的T淋巴細(xì)胞可分為CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞，CD4+T細(xì)胞能夠通過釋放多種細(xì)胞因子，使病原體清除率增加，在抗纖維化的免疫應(yīng)答中起到關(guān)鍵作用；而CD8+T細(xì)胞則可以識別被感染的細(xì)胞，使其凋亡，達(dá)到清除病毒的目的同時引起炎癥反應(yīng)，二者相互作用，與其他免疫細(xì)胞共同維持著機體免疫系統(tǒng)的正常運行。而CD4+T細(xì)胞與CD8+T細(xì)胞的數(shù)量對肺纖維化的發(fā)展非常重要，可通過提升二者比值增強體內(nèi)的免疫功能，降低肺纖維化的發(fā)生[29]，同時通過抑制程序性死亡因子-1增加CD8+T細(xì)胞、效應(yīng)T細(xì)胞的水平來改善肺纖維化水平也被多次證實有效[30-32]。本研究結(jié)果顯示NSIP患者體內(nèi)靜息的CD4+記憶T細(xì)胞水平增加多于活化的CD4+記憶T細(xì)胞，轉(zhuǎn)化為效應(yīng)T細(xì)胞的能力受到影響。而CD8+T細(xì)胞數(shù)量則顯著減少，反映NSIP患者體內(nèi)T淋巴細(xì)胞數(shù)量減少，免疫功能減弱，抗肺纖維化的能力下降，更易發(fā)生肺纖維化。而其余臨床細(xì)胞浸潤模式的改變，可能會使得NSIP發(fā)病過程中出現(xiàn)有別于其他肺病中肺纖維化的特性。

從關(guān)鍵基因與免疫細(xì)胞的相關(guān)性分析可知，13個關(guān)鍵基因與最為顯著的靜息的CD4+記憶T細(xì)胞呈現(xiàn)正相關(guān)，與CD8+T細(xì)胞呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。不僅提示了分析結(jié)果的可靠性與一致性，還反映出針對關(guān)鍵基因與免疫細(xì)胞用藥來減輕肺纖維化程度值得深入研究。

目前NSIP診斷仍存在一些問題，難以與其他間質(zhì)性肺炎區(qū)別，而對于免疫浸潤模式及其相關(guān)基因的深入研究，可以找出NSIP獨特的浸潤模式，得到新的依據(jù)幫助診斷疾病，并針對免疫細(xì)胞的差異性和肺纖維化的內(nèi)在聯(lián)系制定治療方案，彌補臨床上診斷困難和治療效果不理想的現(xiàn)狀。

3.4 中藥預(yù)測結(jié)果分析

NSIP在中醫(yī)學(xué)中并未有詳細(xì)準(zhǔn)確的介紹，且間質(zhì)性肺炎在中醫(yī)理論中也沒有統(tǒng)一病名，但有理論認(rèn)為該病主要累及肺、脾、腎3臟，致3臟皆虛。又根據(jù)其癥狀將其歸為肺瘺、肺痹，前者病因歸結(jié)為先天腎之真陰不足、后天外邪犯肺，后者病因歸結(jié)為肺氣虧虛。本研究針對關(guān)鍵基因篩選治療NSIP的潛在中藥，得到冬菇、玉米須、向日葵花、松葉、松香、松節(jié)油、松花粉、石刁柏、芒果核、落葵、雷公藤、葵花盤、浮小麥、茯神、茯苓、北豆根、板栗和浙貝母共18味中藥，主要歸為心、肝、脾、肺、腎經(jīng)，與NSIP中醫(yī)理論高度符合，其中除與肺、脾、腎經(jīng)直接關(guān)聯(lián)以外，心經(jīng)和肝經(jīng)同樣有關(guān)，肺氣虧虛，金虛木侮，加重病情。氣為血之帥，血為氣之母，肺氣虧虛，宗氣不足，則心血運行不暢。故其治療方案針對不同證候，以清熱化痰、活血化瘀、溫陽補氣和祛瘀解毒為主。18味中藥中，浙貝母、北豆根、茯苓、茯神和雷公藤歸經(jīng)功效較為符合。

進(jìn)一步通過查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)雷公藤和茯苓在肺部疾病上已有不少研究，與NSIP更為符合。茯苓對應(yīng)基因為和，雷公藤對應(yīng)基因為和，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工通路密切相關(guān)。茯苓利水滲濕、健脾寧心，在慢性阻塞性肺疾病[33]、放射性肺損傷[34]等肺部相關(guān)疾病中有一定治療作用，并且可以提升CD4+T細(xì)胞的數(shù)量與CD4+T細(xì)胞/CD8+T細(xì)胞水平[35]。雷公藤清熱解毒、祛風(fēng)通絡(luò)，已有研究表明雷公藤可以通過多途徑影響肺纖維化、哮喘、肺腺癌等肺部相關(guān)疾病[36-39]，除此之外還有研究表明雷公藤對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激也有影響，與其對應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工通路有較強關(guān)聯(lián)[40]，并且還可以調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞的表達(dá)[41-42]。

通過分子對接也初步證明雷公藤與茯苓有效成分與其對應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄蛋白自由結(jié)合能較低，說明有較大的相互作用可能性，故雷公藤與茯苓對NSIP的潛在治療價值更具有說服力。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究以探究NSIP的關(guān)鍵基因和免疫浸潤模式為主，通過關(guān)鍵基因富集得到NSIP相關(guān)的生物學(xué)過程和信號通路，完善其發(fā)病機制。通過已有研究推測關(guān)鍵基因在NSIP主要病理過程中的作用。分析得到NSIP主要的免疫浸潤模式后，找到最為顯著的免疫細(xì)胞與關(guān)鍵基因做相關(guān)性研究，從基因與免疫浸潤的角度共同闡述NSIP的主要病理過程。最后通過關(guān)鍵基因分析得到潛在治療中藥，分析其性味歸經(jīng)和功能主治，通過中醫(yī)理論和已有文獻(xiàn)分析其中最有潛在治療價值的中藥。研究結(jié)果有助于進(jìn)一步闡釋NSIP的發(fā)病機制和發(fā)展過程，為NSIP后續(xù)實驗研究、藥物開發(fā)和臨床應(yīng)用提供一定的研究基礎(chǔ)。但本研究仍然存在不足，NSIP相關(guān)基因芯片數(shù)量較少，后續(xù)研究應(yīng)關(guān)注其發(fā)展，及時補充納入，除此之外本研究還需進(jìn)一步實驗驗證關(guān)鍵基因及相關(guān)中藥的治療效果。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Analysis of key genes and immune cell infiltration of nonspecific interstitial pneumonia and prediction of traditional Chinese medicine

TIAN Ren-wei, ZHANG Shao-qian, TAI He-bei, ZHANG Ya-ting, CHEN Ming-zhu, LUO Chao, WU Wen-li, WU Ning

Laboratory of Chemistry and Biochemistry, Guizhou Medical University, Guiyang 550004, China

To explore the key genes, pathogenesis, immune cell infiltration level and potential treatment of non-specific interstitial pneumonia.The gene chip GSE110147 was obtained from GEO database, and the differentially expressed genes were screened by R language “l(fā)imma” and other related expansion packages. The protein interaction network map was constructed by STRING and Cytoscape software, and the key genes were screened. After the key genes were verified by gene chip GSE101286, GO function enrichment and KEGG pathway analysis were carried out by using expansion packages such as R language "clusterProfiler" and GlueGO plug-ins in Cytoscape software, and the immune cell infiltration pattern was analyzed based on CIBERSORT deconvolution algorithm. Finally, the key genes were introduced into Coremine Medical Database to predict the related traditional Chinese medicine.A total of 407 differential genes and 15 key genes such as HSP90AA1, EIF5B and RPS13 were screened. GO analysis showed that nonspecific interstitial pneumonia was highly correlated with shearing body and translation process, while KEGG enrichment showed that nonspecific interstitial pneumonia was most closely related to RNA splice body pathway and endoplasmic reticulum protein processing pathway. Immune cell infiltration analysis showed that the infiltration levels of resting CD4+memory T cells and eosinophils in patients with nonspecific interstitial pneumonia were higher, while the infiltration levels of CD8+T cells, plasma cells, activated NK cells and M1 macrophages were lower. Through the screening of key genes, 18 kinds of traditional Chinese medicine were screened, among which Leigongteng (Hook. f.) and Fuling [(Schw.) Wolf] have great therapeutic potential.This study screened the key genes of non-specific interstitial pneumonia through bioinformatics methods, identified the potential treatment of traditional Chinese medicine, and provided a new direction for the pathogenesis of non-specific interstitial pneumonia, new treatment targets and new drug research and development.

nonspecific interstitial pneumonia; bioinformatics; key genes; immune infiltration;Hook. f.;(Schw.) Wolf

R285

A

0253 - 2670(2023)15 - 4934 - 14

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.15.019

2023-04-11

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（S202210660105）

田仁偉，男，本科在讀，主要從事肺部疾病的分子機制研究。E-mail: 1181930691@qq.com

通信作者：吳 寧，女，博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事貴州特色藥用植物防病抗病機制的研究、肺部相關(guān)疾病的藥物治療。E-mail: wuning@gmc.edu.cn

[責(zé)任編輯 潘明佳]