Utafiti huu unachunguza katika viwango gani vya molekuli na seli di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), plastisiza ya mazingira inayotumika sana, inaweza kuingiliana na uchochezi na uundaji upya wa tishu za utumbo unaohusishwa na ugonjwa wa Crohn. Utafiti unaunganisha utabiri wa malengo ya kemikali, makundi mengi ya transkriptomu ya Crohn, WGCNA, ujifunzaji wa mashine unaoelezeka, data za upangaji wa RNA wa seli moja, makadirio ya hali fiche yanayotegemea scVI, docking ya molekuli na simuleringi za mienendo, pamoja na majaribio ya panya na fibroblasti za msingi.
Kutokana na uchambuzi uliounganishwa, programu ya mgombea ya jeni nne ya DEHP–Crohn inayojumuisha ANXA3, DUSP6, IGFBP2 na TNFSF13 ilitambuliwa. Jeni hizi zilionyesha vipengele thabiti vinavyohusishwa na ugonjwa wa Crohn katika algoriti mbalimbali za ujifunzaji wa mashine na katika makundi huru ya uthibitishaji. Katika uchambuzi wa ROC wa jeni moja, AUC iliripotiwa kuwa 0,952 kwa IGFBP2, 0,931 kwa ANXA3, 0,884 kwa DUSP6 na 0,864 kwa TNFSF13.
Uchambuzi wa seli moja ulionyesha kwamba programu hii ya mgombea ya molekuli ililingana hasa na fibroblasti za uchochezi. Katika seli hizi, programu za uundaji upya zinazohusishwa na upangaji wa ECM, MAPK, PPAR na TGF-β zilijitokeza. Kwa panya, DEHP ilizidisha koliti ya majaribio iliyosababishwa na DSS; katika fibroblasti za msingi za utumbo pia ilisababisha mabadiliko kwenye mhimili wa jeni nne na katika viashiria vya uundaji upya kama Col1a1, Fn1, Tgfb1 na Ccl2.
Hitimisho la utafiti si kuthibitisha kwamba DEHP husababisha ugonjwa wa Crohn; bali ni kupendekeza mfumo wa hali ya jeni–seli unaoweza kupimwa unaoonyesha kuwa usumbufu wa molekuli unaohusishwa na DEHP unaweza kuendana na hali ya uundaji upya wa tishu unaozingatia fibroblasti za uchochezi.
DEHP ni Nini na Kwa Nini Inachunguzwa Kuhusiana na Ugonjwa wa Crohn?
DEHP ni plastisiza ya phthalate inayotumiwa katika bidhaa za plastiki, vifungashio vya chakula, vifaa vya kitabibu, vifaa vya ujenzi na bidhaa nyingi za watumiaji. Kwa kuwa haifungwi kwa dhamana ya kovalenti kwenye muundo wa polima, inaweza kuhamia kwenye mazingira wakati wa uzalishaji, matumizi na utupaji.
Binadamu wanaweza kuathiriwa na DEHP kupitia:
- chakula,
- kupumua,
- mguso wa ngozi,
- na baadhi ya vifaa vya kitabibu
.
Baada ya DEHP kuingia mwilini, inaweza kubadilishwa kuwa metaboliti hai kama mono-(2-ethylhexyl) phthalate (MEHP), na katika fasihi ya awali imehusishwa na:
- usumbufu wa endokrini,
- msongo wa oksidativi,
- uharibifu wa mitokondria,
- uanzishaji wa ishara za uchochezi,
- uharibifu wa kizuizi cha epitheliamu
.
Ugonjwa wa Crohn hauhusishi tu uanzishaji wa mfumo wa kinga. Uchochezi wa transmural, uanzishaji wa seli za stromal, mkusanyiko wa extracellular matrix, fibrosis na uundaji upya wa kimuundo ni sehemu muhimu za ugonjwa.
Utafiti Huu Uliunganisha Vipi DEHP na Ugonjwa wa Crohn?
Utafiti haukuishia tu kuingilisha malengo yaliyotabiriwa ya DEHP na jeni zilizobadilika katika ugonjwa wa Crohn; pia ulitumia moduli za co-expression zinazohusiana na ugonjwa, ujifunzaji wa mashine na uundaji wa hali ya seli moja.
Malengo ya protini za binadamu yaliyopendekezwa kwa DEHP yalitabiriwa kupitia:
- ChEMBL,
- PharmMapper,
- SwissTargetPrediction
.
Kwa ugonjwa wa Crohn, seti tano za data za GEO bulk-transcriptome zilitumika:
- GSE112366
- GSE16879
- GSE95095
- GSE179285
- GSE186582
Seti tatu za kwanza zilitumiwa kama kundi la ugunduzi/mafunzo, na mbili za mwisho kama makundi huru ya uthibitishaji.
Athari ya batch ilidhibitiwaje?
Ili kupunguza tofauti za kiufundi kati ya seti tofauti za GEO:
- SVA,
- ComBat,
- PCA
zilitumika katika mkabala wa hatua nyingi wa normalization na udhibiti wa ubora.
Kielelezo 1 kwenye kurasa 17–18 kinaonyesha kwamba kabla ya marekebisho ya batch, sampuli zilitengana kulingana na chanzo cha seti ya data; baada ya ComBat, mgawanyo uliakisi hali ya ugonjwa kwa usahihi zaidi.
Ni Jeni Ngapi Tofauti Zilipatikana Katika Ugonjwa wa Crohn?
Katika kundi la mafunzo lililounganishwa:
jeni 266 tofauti zinazohusishwa na ugonjwa wa Crohn
zilitambuliwa.
Viwango vilivyotumika vilikuwa:
|log2FC| > 0,585 na P iliyorekebishwa < 0,05
.
Baada ya kutambua moduli zinazohusiana na hali ya ugonjwa kwa WGCNA, makutano kati ya jeni tofauti na jeni za moduli yalitoa:
jeni 27 za pamoja zinazohusiana na ugonjwa
.
Ni Jeni Ngapi za Mgombea Zilizokuwa za Pamoja Kati ya DEHP na Crohn?
Katika makutano kati ya malengo ya mgombea wa DEHP na jeni zilizobadilika katika Crohn:
jeni 6 za pamoja
zilitambuliwa.
Jeni hizi sita zilitathminiwa baadaye kwa kutumia:
- mtandao wa PPI,
- GO enrichment,
- KEGG enrichment,
- ujifunzaji wa mashine wa modeli nyingi
.
Mielekeo ya utendaji iliyohusika ilijumuisha:
- udhibiti wa uchochezi,
- mwitikio wa kinga,
- uhamaji wa seli,
- mwitikio wa hypoxia,
- apoptosis,
- upitishaji wa ishara
.
Mbinu na Matokeo ya Utafiti
Ujifunzaji wa Mashine Ulijitokeza na Jeni Gani Nne?
Kutokana na ulinganisho wa modeli nyingi:
- ANXA3
- DUSP6
- IGFBP2
- TNFSF13
zilichaguliwa kama mchanganyiko mkuu wa jeni za mgombea wa DEHP–Crohn.
Modeli zilizotumika zilijumuisha:
- LASSO
- Ridge
- Elastic Net
- Random Forest
- Gradient Boosting
- SVM
- Linear Discriminant Analysis
- XGBoost
- Partial Least Squares GLM
.
Thamani za AUC za Jeni Hizi Nne ni Zipi?
| Jeni | AUC katika uthibitishaji huru |
|---|---|
| IGFBP2 | 0,952 |
| ANXA3 | 0,931 |
| DUSP6 | 0,884 |
| TNFSF13 | 0,864 |
Thamani hizi zinaonyesha uwezo wa kutofautisha hali ya ugonjwa wa Crohn ndani ya data za transkriptomu.
Hizi si viwango vya utendaji wa biomarker vilivyo tayari kutumika kliniki.
Uchambuzi wa SHAP ulionyesha nini?
Matokeo ya SHAP yaliripoti kwamba uonyeshaji wa juu wa DUSP6 na TNFSF13 ulisukuma matokeo ya modeli kuelekea upande wa ugonjwa.
ANXA3 na IGFBP2 pia zilionyesha michango ya vipengele vinavyohusiana na ugonjwa katika tabaka tofauti za data.
Kielelezo 2 kwenye kurasa 20–21 kinaonyesha kwa pamoja ulinganisho wa modeli, mikunjo ya ROC, nomogram, decision curve na usambazaji wa SHAP.
Je, Jeni Hizi Nne ni Sehemu za Njia Moja ya Ishara?
Hapana. Chanzo kinasisitiza kuwa jeni hizi hazipaswi kutafsiriwa kama njia moja ya mstari.
Ni nanga za utendaji zinazowakilisha michakato tofauti ya kibaolojia:
- ANXA3: upangaji wa utando, uponyaji wa jeraha na epithelial restitution.
- DUSP6: udhibiti wa feedback wa MAPK/ERK.
- IGFBP2: mhimili wa IGF, ukuaji, uhai na ukarabati wa tishu.
- TNFSF13/APRIL: ukomavu wa B-cell, plasma cells na mucosal humoral immunity.
Ishara Yenye Nguvu Zaidi ya Kiselii Ilionekana Wapi Katika Uchambuzi wa Seli Moja?
Ulinganifu ulio wazi zaidi ulionekana katika fibroblasti za uchochezi.
GSE134809 ilitumika kwa uchambuzi wa seli moja.
Seli ziligawanywa katika makundi makuu ya:
- epithelial,
- immune,
- stromal,
- endothelial/pericyte
na fibroblasti baadaye ziligawanywa katika aina ndogo kama matrix fibroblasts na inflammatory fibroblasts.
Kielelezo 3 kwenye ukurasa wa 24 kinaonyesha kwamba programu ya mgombea ilikuwa na nguvu hasa katika inflammatory fibroblasts.
Ishara dhaifu lakini zinazoonekana pia zilipatikana katika:
- mast cells,
- ILC3,
- baadhi ya seli za epithelial zinazohusiana na regeneration
.
Njia Gani Zilijitokeza Katika Fibroblasti za Uchochezi?
Kulingana na chanzo, njia zilizojitokeza zilikuwa:
- ECM organization
- MAPK signaling
- PPAR signaling
- TGF-β signaling
.
Mchanganyiko huu unaendana kibayolojia na uchochezi, udhibiti wa kimetaboliki, fibrosis na uundaji upya wa tishu.
Uchambuzi wa Mawasiliano Kati ya Seli Ulionyesha Nini?
Katika hali ambapo programu ya mgombea ilikuwa na nguvu zaidi, fibroblasti zilionyesha mtandao mpana wa ligand–receptor na:
- CD4+ T cells,
- monocytes/macrophages,
- epithelial cells,
- seli zinazohusiana na endothelial
.
Matokeo haya yanaunga mkono wazo kwamba inflammatory fibroblasts si seli za msaada zisizo na shughuli zinazozalisha ECM pekee, bali zinaweza kuwa mojawapo ya vituo hai vya mawasiliano katika mikromazingira ya uchochezi ya ndani.
Uchambuzi wa Hali Fiche ya Ugonjwa
Uchambuzi wa Vekta ya Ugonjwa Unaotegemea scVI Ulionyesha Nini?
Ulionyesha kwamba mabadiliko ya transkripsioni yanayohusiana na ugonjwa katika inflammatory fibroblasts yanaweza kuigwa kama mabadiliko endelevu ya hali badala ya mpito mmoja wa ghafla.
Katika utafiti, viwango vya mabadiliko fiche:
- α=0,5
- α=1,0
- α=1,5
viliundwa.
Kadiri ukubwa wa mabadiliko ulivyoongezeka, seli zilisogea zaidi kuelekea eneo linalohusishwa na ugonjwa wa Crohn katika nafasi ya UMAP.
Thamani za pseudotime pia ziliongezeka hatua kwa hatua.
Je, α=1,5 Ilikuwa Sawa na Seli Halisi ya Ugonjwa?
Hapana.
Hali ya α=1,5:
- ilitofautiana kwa kiasi kikubwa na seli zenye afya/uninvolved,
- lakini iliendelea kutofautiana kwa kiasi kikubwa na hali halisi ya involved fibroblast.
Chanzo kinaitafsiri kama phenotype fiche ya kati inayokaribia hali ya ugonjwa.
Cha kuvutia, katika baadhi ya vipimo vya pseudotime α=1,5 ilivuka hata hali halisi ya involved.
Waandishi wanaeleza wazi kuwa hii si lazima iwe hali halisi ya kibaolojia ya seli inayopaswa kuwepo katika maisha halisi; ni matokeo ya kihesabu yanayoonyesha unyeti wa modeli yenye vipimo vingi kuelekea mwelekeo wa ugonjwa.
Simuleringi ya Molekuli na Uthibitishaji wa Majaribio
Je, DEHP Hufungamana Moja kwa Moja na Protini Hizi Nne?
Utafiti huu hauthibitishi hilo moja kwa moja.
Katika uchambuzi wa docking uliofanywa kwa AutoDock Vina, iliripotiwa kwamba DEHP inaweza kuunda konformeshini za kufungamana zinazokubalika kwa nishati katika protini ANXA3, DUSP6, IGFBP2 na TNFSF13.
Katika simuleringi za molecular dynamics, baadhi ya complexes zilibaki thabiti kiasi katika muda wa simuleringi.
Uchambuzi ulifanywa kwa:
- RMSD
- RMSF
- SASA
- radius of gyration
- idadi ya hydrogen bonds
- interaction energy
.
Hata hivyo, chanzo kinafafanua hili tu kama:
“potential structural compatibility”
.
Kwa ushahidi wa kufungamana moja kwa moja, inapendekezwa:
- SPR
- ITC
- CETSA
- pull-down
- targeted mutagenesis
- rescue experiments
.
Jaribio la Panya Lilibuniwaje?
Panya wa kiume C57BL/6 wenye umri wa wiki nane waligawanywa katika makundi manne:
- Control
- DEHP
- DSS
- DSS + DEHP
Kila kundi lilikuwa na:
panya 8
.
Mkusanyiko wa DSS:
%3
Kipimo cha DEHP:
30 mg/kg/siku
.
Je, DEHP Ilizidisha Koliti ya DSS?
Katika modeli hii ya majaribio, ndiyo.
Ikilinganishwa na kundi la DSS pekee, kundi la DSS+DEHP lilionyesha:
- colon fupi zaidi,
- kiwango cha juu zaidi cha disease activity index,
- uharibifu mkali zaidi wa epithelial,
- infiltration kubwa zaidi ya seli za uchochezi,
- histological score ya juu zaidi,
- upotevu mkubwa zaidi wa goblet cells
.
Kielelezo 6 kwenye ukurasa wa 30 kinaonyesha matokeo haya pamoja na morphology, urefu wa colon, shughuli ya ugonjwa, H&E na goblet cell staining.
Jeni Hizi Nne Zilibadilikaje Katika Colon ya Panya?
Ikilinganishwa na kundi la DSS, kundi la DSS+DEHP lilionyesha:
- Anxa3 ilipungua
- Igfbp2 ilipungua
- Dusp6 iliongezeka
- Tnfsf13 iliongezeka
Mwelekeo huu ulionekana kuendana na mhimili wa kihesabu wa mgombea wa DEHP–Crohn wa utafiti.
Jaribio la Fibroblasti za Msingi Lilionyesha Nini?
Fibroblasti za msingi za utumbo wa panya ziliathiriwa na:
50 μM DEHP kwa saa 24
ziliwekwa kwenye mfiduo huo.
Matokeo yalionyesha:
- Anxa3 ↓
- Igfbp2 ↓
- Dusp6 ↑
- Tnfsf13 ↑
.
Pia iliripotiwa:
- Col1a1 ↑
- Fn1 ↑
- Tgfb1 ↑
- Ccl2 ↑
.
Jeni hizi zinahusishwa mtawalia na mkusanyiko wa collagen, upangaji wa fibronectin/ECM, profibrotic signaling na mawasiliano ya stromal–myeloid.
Maelezo ya Chanzo na Mbinu
Kichwa asili: Cross-Scale Mapping of DEHP-Associated Molecular Programs Reveals an Inflammatory Fibroblast Remodeling State in Crohn’s Disease
Waandishi: Miyang Yang, Zhaochu Wang, Manli Yan, Zhanhong Yuan, Lei Zeng, Wanxian Huang, Xinyi Liang, Jing Wang, Xi Sun
SSRN: Abstract 6933308
Hali ya uchapishaji: Preprint; bado haijapitia peer review.
Vyanzo vikuu vya data: GSE112366, GSE16879, GSE95095, GSE179285, GSE186582 na GSE134809.
Mbinu kuu za kihesabu: utabiri wa malengo ya DEHP, WGCNA, mtandao wa PPI, GO/KEGG enrichment, ujifunzaji wa mashine wa modeli nyingi, SHAP, scVI latent-space projection, CellChat na CellPhoneDB.
Mbinu kuu za majaribio: modeli ya koliti ya DSS, H&E, goblet cell staining, qRT-PCR na DEHP exposure ya fibroblasti za msingi za utumbo.
Modeli ya panya: C57BL/6 wa kiume wenye wiki 8; makundi manne; panya 8 kwa kila kundi.
DSS: %3.
Kipimo cha DEHP: 30 mg/kg/siku.
Fibroblast exposure: 50 μM DEHP, saa 24.
Jeni kuu za mgombea: ANXA3, DUSP6, IGFBP2, TNFSF13.
Muktadha mkuu wa seli: Fibroblasti za uchochezi.
Mhimili mkuu wa uundaji upya: programu za ECM organization, MAPK, PPAR na TGF-β.
Idhini ya maadili: Sun Yat-sen University Animal Ethics Committee; SYSU-IACUC-2022-B1731.
Ufadhili: Fujian Provincial Department of Science and Technology Social Development Guiding (Key) Project No. 2024Y0025 na Natural Science Foundation of Guangdong Province No. 2024A1515010615.
Matokeo Yanayoungwa Mkono na Utafiti
- Malengo ya mgombea wa DEHP yanaingiliana na programu za transkripsioni zinazohusishwa na ugonjwa wa Crohn.
- ANXA3, DUSP6, IGFBP2 na TNFSF13 ziliunda mchanganyiko thabiti wa vipengele vya mgombea.
- Programu hii ilionyesha ulinganifu mkubwa wa seli moja na inflammatory fibroblasts.
- Katika inflammatory fibroblasts, mabadiliko yanayohusishwa na ECM, MAPK, PPAR na TGF-β yalijitokeza.
- DEHP ilizidisha uchochezi wa utumbo wa majaribio uliosababishwa na DSS.
- Katika fibroblasti za msingi, DEHP ilibadilisha mhimili wa jeni nne na viashiria vya uundaji upya.
Matokeo Yasiyoungwa Mkono na Utafiti
- Haijathibitishwa kwamba DEHP husababisha ugonjwa wa Crohn kwa binadamu.
- Jeni hizi nne si paneli ya kliniki iliyothibitishwa kwa utambuzi wa Crohn.
- Matokeo ya docking si ushahidi wa kufungamana moja kwa moja kwa protini.
- scVI latent shift si rekodi halisi ya seli moja ya exposure ya DEHP.
- Modeli ya DSS haitoi tena vipengele vyote vya muda mrefu, segmental na transmural vya ugonjwa wa Crohn kwa binadamu.
- Haijaonyeshwa kwamba fibroblasti ndizo aina pekee ya seli inayohusika.
- Hakujathibitishwa uhusiano wa moja kwa moja wa kisababishi kati ya DEHP na fibrosis kwa binadamu.
Vikwazo Vikuu
Data za bulk transcriptome, seli moja na wanyama zinatoka katika mazingira tofauti ya majaribio na kibaolojia.
Malengo ya protini za DEHP yanategemea kwa kiasi kikubwa utabiri wa kihesabu.
Utafiti wa seli moja haukutumia tishu za mgonjwa zilizochukuliwa baada ya exposure halisi ya DEHP au MEHP.
Data za qRT-PCR katika tishu ya colon ya DSS haziwezi kutenganisha kikamilifu mchango mahususi wa aina ya seli.
Uhusiano wa moja kwa moja kati ya exposure iliyopimwa ya DEHP/MEHP na hali ya fibroblasti katika sampuli za wagonjwa wa binadamu haukuonyeshwa katika utafiti huu.
Katika siku zijazo, sampuli za wagonjwa wa Crohn zenye viwango halisi vya exposure vinavyojulikana, spatial transcriptomics, modeli za wanyama mahususi kwa aina ya seli na majaribio ya moja kwa moja ya kufungamana kwa protini zitahitajika.
Acha maoni
Anwani yako ya barua pepe haitachapishwa. Sehemu za lazima zimewekewa alama ya *