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18+文章多组学联合分析

发布日期:2022-06-28 浏览次数:119


矽肺基础性研究


(引入)

       随着组学技术的发展和进步,整合多组学技术可以加速药物研究的发现。在先前的很多研究中,多组学已成为更好地理解各种肺部疾病的机制和促进治疗的支柱,例如慢性阻塞性肺病(COPD)、特发性肺纤维化和矽肺。今天要介绍的这篇工作,就是利用蛋白质组学、磷酸蛋白组学、转录组学的技术,探究矽肺发病机制研究其潜在药物。

(简介)

       2022年05月13日,国际知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy (IF=18.18)在线发表题为“Gefitinib and fostamatinib target EGFR and SYK to attenuate silicosis: a multi-omics study with drug exploration(吉非替尼和福斯马替尼靶向EGFR和SYK以减轻矽肺:一项具有药物探索的多组学研究)”。这项工作采用多组学方法发现的药物为矽肺的治疗提供了新颖且可行的治疗策略


(研究背景)

       矽肺是一种进行性和不可逆的疾病,其中残留的结晶二氧化硅导致持续的炎症、组织损伤和纤维化,最终导致呼吸衰竭和死亡。矽肺的发病机制涉及持续的免疫反应和吸入粉尘引起的细胞因子分泌,因为其分子作用机制不明确,现在仍然没有可以针对性的治疗药物。在系统性医学应用更加广泛的今天,利用多组学联合技术对肺部疾病的机制和促进治疗方案进行深入研究。


(研究思路)

       利用二氧化硅暴露的小鼠模型并在二氧化硅暴露后的不同时间点(2W、4W、6W、10W)收集小鼠的肺组织进行蛋白组、磷酸组、转录组处理,对三组数据进行联合分析,结合研究目标进行结果验证。



(研究结果)


01 矽肺小鼠肺转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组的综合表征


       利用二氧化硅暴露的小鼠模型并在二氧化硅暴露后的不同时间点(2W、4W、6W、10W)收集小鼠的肺组织,肺部炎症和纤维化在矽肺进展期间持续恶化,对样品进行转录组、蛋白质组、磷酸化蛋白质组学分析。总共鉴定到鉴定了22,046个转录本、11,836个蛋白质和16,399个磷酸位点,样品能够明显被区分开。


     

02 分析矽肺进展中多组学变化的动态景观


       对矽肺进展中特征(包括转录组中的转录物、蛋白质组中的蛋白质和磷酸化蛋白质组中的磷酸位点)的动态变化进行了生物信息学分析,在矽肺进展过程中涉及大量途径的复杂变化,如转录组学分析显示白细胞介素相关反应持续上调、蛋白质组数据的显示炎症反应持续上调、在磷酸化水平表明NF-kB介导的炎症持续激活,如炎症反应和间质纤维化调节的关键信号通路被发现。注释不同组学数据集之间特征或其注释的相关性,三个组学数据集中只有少数特征直接重叠,而它们的功能注释显示出广泛的重叠。



03 EGFR和SYK是矽肺的潜在药物靶点


       接下来研究者整合了多组学数据集进行了meta综合分析,转录组显着富集498条通路,蛋白质组显着富集154条通路,磷酸化蛋白质组显着富集444条通路,其中45条共同的途径并且主要与免疫反应相关。评估通路图中的关键调节因子,包括巨噬细胞活化、趋化性、免疫细胞募集和慢性炎症在内的矽肺进展中基本多组学特征之间的功能趋同。通过DrugBank中的药物靶点筛选,确定了17个具有FDA批准药物的可用磷酸化靶标,其中p-EGFR和p-SYK抑制剂先前已应用于肺纤维化治疗。

       体内实验表明,吉非替尼和福斯马替尼分别有效抑制p-EGFR和p-SYK的水平,并有效缓解组织学检查显示的二氧化硅诱导的弥漫性肺泡炎;qPCR分析显示肺组织中促炎细胞因子和肿瘤坏死因子α水平显着降低;有效抑制胶原沉积。这些数据表明吉非替尼和福斯塔替尼治疗可以抑制小鼠矽肺的进展。


04 发展机制研究


       为进一步阐明了p-EGFR和p-SYK在矽肺发展中的作用机制,EGFR主要与成纤维细胞标志物PDGFRA共定位,磷酸化的EGFR调节成纤维细胞中细胞外基质蛋白的产生与二氧化硅诱导的肺纤维化有关。在小鼠肺组织中定位SYK蛋白表达,发现SYK与巨噬细胞标记CD68共定位,SYK的磷酸化介导了二氧化硅刺激的促炎细胞因子产生与肺部炎症有关。


(总结)

       在这项研究中,首先构建了一个不同阶段的矽肺小鼠模型来进行转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析。接下来整合多组学数据集以分析硅肺损伤小鼠肺组织的矽肺动态进展。生成了时间分辨和全面的三组学景观,并揭示了mRNA、蛋白质和蛋白质磷酸化水平的异常途径。进一步确定了矽肺中的关键信号通路和有前景的药物靶点,可在未来的临床实践中加以利用。


(小编点评)

       多组学方法的结合已应用于心血管、肝、神经退行性等疾病的潜在药物靶点筛选,但很少有针对矽肺的有效药物开发出来。这项工作建立了一个系统的图谱,其中包含来自矽肺不同阶段的多组学数据,并通过综合分析确定了关键的信号通路和新的药物靶点;临床前研究部分的工作,为两种获批药物的功效提供概念验证,开发了一种基于机制的靶点识别和治疗矽肺的药物开发流程。

     (DOI):https://doi.org/10.1038/s41392-022-00959-3