糖尿病肾病的发病机制
——基于生物信息学的初步探索

刘 旖

（成都中医药大学，四川 成都 611137）

糖尿病肾病（DKD）是糖尿病患者常见并发症之一，也是导致患者终末期肾病的主要原因。然而，尽管进行了多年的研究，临床尚无好的治愈办法，原因之一在于许多与DKD密切相关的基因尚未被发现，不能从分子机制上阐明DKD的发病机制。因此，当前研究迫切需要鉴定与DKD发育相关的基因，并阐明其分子机理。本研究的目的是利用GEO数据库里的DKD、一般肾病和健康者的肾小球、肾小管组织的全基因组表达数据开展GSEA富集分析，分析差异基因表达谱，探讨DKD的生物学通路，为DKD的精准治疗提供一定的分子依据。

1 材料和方法

1.1 样本数据来源

在GEO数据库中以关键词“Diabetic Neuropathy”搜索发现GSE30122芯片数据为研究对象。该芯片包括69例研究对象，19例DKD患者（9例提供肾小球组织，10例提供肾小管组织），24例普通肾炎患者（13例提供肾小球组织，11例提供肾小管组织）和26例健康者（14例提供肾小球组织，12例提供肾小管组织），以研究对象肾脏活检组织的RNA表达水平为分析数据。

1.2 数据预处理

对探针信号值进行归一化处理，若有多个探针对应同个基因的，对信号值求取中位数作为唯一表达值。以Gene Symbol为依据，将探针转换为基因名称。

1.3 GESA富集分析

对RNA信号值进行标化处理，按照DKD、肾炎和正常组，用Hallmark库进行注释，进行GSEA富集分析，置换类型为gene sets，置换检验次数为1000次，探索DKD在表达水平与哪些特定生物学意义的基因集有显著关联。以校正多重假设检验值FDR＜0.25、标化显著性水准P＜0.05为有统计学意义，以归一化富集得分（NES）大小为富集程度排序。

2 结 果

2.1 差异表达基因

DKD组与正常组的比较里，共有13515个基因表达，其中6003（44.4%）个在DKD组显著表达，信噪比值48.1%。与肾炎组相比，5927（43.9%）个基因在DKD组显著表达，信噪比值46.1%。把表达数据按照活检组织细分后，在肾小球组织的测序结果里，相比正常组，DKD组有8248（61.0%）个基因显著表达；相比肾炎组，有7880（58.3%）个显著表达的基因；在肾小管组织取材人群里，DKD组相比正常组、肾炎组分别有5684（42.1%）和5918（43.8%）个表达标志物。

2.2 功能富集分析

对表达基因按照功能通路富集后，与正常组相比，有17个基因组在DKD组的富集满足统计学意义，富集程度最大的前2个分别与免疫系统的编码补体和移植排斥的表达上调功能有关（NES分别是2.03、2.02）（图1）；与肾炎组相比，DKD有15个基因集上调表达，富集最高的2个基因集依然是移植排斥反应（NES=1.99）和免疫补体（NES=1.89）。

本研究还发现，按活检组织取材位置分组后，相当于正常组，DKD组在肾小管的组织里有11个基因集显著富集，其中最明显的是涉及UV诱导反应（NES=1.88）和上皮间质转化（NES=1.82）的生理通路中上调；DKD组比肾炎组在IFNG（NES=1.81）和α干扰素蛋白反应（NES=1.80）的通路里表达更高。而在肾小球组织里的功能富集没有统计学意义。

3 讨 论

本研究通过GSEA富集分析已发表的GEO数据库GSE30122中DKD患者、肺炎患者与正常人的活检组织表达测序信息，利用hallmark数据库进行注释，发现了17个基因集主要参与了的分子调控，在专门针对肾小管组织的测序里观察到11个基因集参与了DKD的发生发展。

研究结果发现，DKD的分子通路与免疫功能相关，其中，DKD富集程度最高的功能通路是补体系统。过往研究发现，补体系统是由30多个血浆以及细胞膜蛋白构成的免疫体系，补体激活能产生C3/C5转化酶并在激活过程中生成MAC，在这个过程中产生的凝集素、补体凝集素H-纤维胶凝蛋白、C3及其裂解片段、MAC等均有可能导致肾损害[1]。有研究发现论2型糖尿病患者C1q血清补体水平变化与肾功能降低独立相关[2]。陈晓丽也指出，DKD的补体C3沉积阳性率较高，并且与病理等级正相关[3]。补体系统的激活通过的途径之一是MBL途径，秦建华的研究发现，DKD组中单核细胞表面MBL补体CD59分子表达更高，说明MBL途径对DKD的影响可能与单核细胞补体CD59的活化有关[4]。周新人[5]的研究指出糖尿病和DKD患者的尿C5a水平显著高于正常人，C5a是血清补体C5激活过程中产生的炎症驱化因子，也说明了DKD的发生发展与血清补体的激活过程有关。现有的研究[6]已经观察出人体的高血糖状态可能直接或间接地激活补体，导致MAC，出现介导炎症反应，一旦这些过程发生在肾脏，就有可能导致DKD的出现。但是，以往关于这些功能分子与DKD的关系的研究大部分都是在动物模型上和临床样本上进行观察，有待分子机制的阐明。作为补充，本研究从分子水平的角度出发，利用功能富集分析揭示了补体系统的信号通路在其中参与的可能性。此外，本研究还暗示了移植排斥系统、UV诱导反应、上皮间质转化等基因富集高的功能通路与DKD有关的可能性，而且这些可能涉及的分子机制不同于普通肾炎的分子机制，这有助于未来发掘更多的DKD独立于肾炎的机制成因。

综上，本研究利用生物信息学技术，以智人研究的角度探讨了DKD的成因，一定程度上从侧面补充了动物实验和人群观察的研究论点，为今后的分子机制的研究方向提供一些参考，但这些推论还需要进一步的实验进行证明。