標題：Identification of key pathways and genes in the progression of silicosis based on WGCNA

期刊：Inhal Toxicol（IF =3.011）

時間：2022.08

矽肺是全球常見的職業病之一，尤其是在包括南非和中國在內的發展中。其主要原因是長期吸入大量含有游離二氧化硅顆粒，導致以肺部結節性纖維化為主的疾病，由于治療方式有限且缺乏對疾病機制的了解，矽肺及其導致的纖維化的預后極差。在本研究中，通過氣管內注入不同濃度的二氧化硅建立了Wistar大鼠矽肺纖維化模型，提取肺組織嚴重纖維化病變的RNA進行測序，檢測差異表達基因(DEGs)，并通過加權基因共表達網絡分析(WGCNA)鑒定矽肺纖維化相關模塊和hub基因（北京青蓮百奧提供技術支持）。

本研究通過測序和數據挖掘技術，進一步詳細描述矽肺纖維化的潛在分子機制。

作者將48只Wistar大鼠隨機分組，分別在不同濃度的二氧化硅環境中飼養14 d或28 d，后收集肺組織切片進行HE（圖1：上左）和Masson（圖1：上右）染色。結果顯示：對照組肺組織未見明顯異常；相反，游離二氧化硅暴露組肺泡壁增厚程度不同，肺泡壁及周圍血管均有不同程度的炎癥細胞浸潤，特別是200 mg/mL游離二氧化硅顆粒暴露的大鼠肺組織。用Western-Blot驗證了四種典型炎癥和纖維化蛋白（轉化生長因子-b1、腫瘤壞死因子-a、COL I、COLIII）的水平，與生理鹽水處理組相比，二氧化硅暴露大鼠肺組織中炎癥和纖維化中這四種代表性蛋白的水平顯著升高且展示出時間依賴趨勢（P<0.01和P<0.05）。

200 mg/mL游離二氧化硅處理組的病理改變和典型炎癥和纖維化蛋白表達為顯著，因此提取200 mg/mL游離二氧化硅顆粒和生理鹽水處理組14 d和28 d的大鼠肺組織RNA并進行后續實驗測序。根據RNA-seq數據，測定了30016個基因（200 mg/mL二氧化硅暴露14 d與生理鹽水處理14 d）和30501個基因（200mg/mL硅膠暴露28 d與生理鹽水處理28 d）的總表達水平，其中有458個基因（14 d）和1221個基因（28 d）屬于差異表達基因（|log₂^F.C.|＞1，P＜0.05）。

通過R中的blockwiseModules函數探索了17個具有高度相似性的基因模塊。重要的是，應該注意，灰色模塊中的基因不能聚類到任何其他模塊中，因此它不包括在以下分析中。為了篩選出與二氧化硅暴露密切相關的模塊，通過Pearson相關分析評估了ME與鹽水/二氧化硅暴露之間的關系。結果顯示，200 mg/mL游離二氧化硅暴露組（14 d）的black和brown模塊以及200 mg/mL游離二氧化硅暴露組的purple和tan模塊（28 d）的相關系數具有統計學意義（P<0.05）。

接下來對相關性系數較高的模塊（C200組中的black（14 d）和C200組的purple（28 d））中Top30基因進行功能分析。black模塊中的RNF187和purple模塊中的生長分化因子2（Gdf2）、脫氫酶/還原酶SDR家族成員9（Dhrs9）、Wt1和染色質可及性復合物亞基1（CHRAC1）直接或間接參與調節Hippo信號通路，增強其參與矽肺纖維化病理發生和發展的潛力。

GO分析發現，black和purple模塊中基因主要集中在生物過程（BP）類別中，包括生物調節、刺激反應、細胞增殖、生物粘附、細胞聚集、免疫系統過程等術語（P<0.05）。這些項與為DEG形成的GO分析篩選出的項部分一致。關于這兩個模塊涉及的具體途徑，作者進行了KEGG途徑分析。從black和purple模塊中的TOP20富集途徑來看，值得注意的是在兩個模塊中都檢測到了Hippo信號通路（P<0.05）。

   

本研究中采用腹腔滴注法建立的大鼠矽肺纖維化模型，模擬纖維化病變的形成，將WGCNA在IPF（矽肺纖維化密切相關的特發性肺纖維化）上的研究經驗應用于矽肺纖維化機制的研究，提出了一種與Hippo信號通路相關的矽肺纖維化的機制，為治療矽肺病提供了以靶點藥物為治療手段的理論依據，為長期以來僅僅依靠肺移植來根治矽肺患者帶來了新的希望。