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关键词： 糖尿病足溃疡   单细胞测序   加权基因共表达网络分析   生物标志物   差异表达基因  

摘要： 背景:感染、肢体缺血和组织细胞激活等因素参与糖尿病足溃疡,但影响糖尿病足溃疡愈合的关键细胞亚群尚不明确,特异性的糖尿病足溃疡生物标志物尚未发掘。基因表达数据库是美国国家生物技术信息中心管理的存储高通量基因表达数据的公开数据库,允许用户免费提交、共享、查询和分析数据。对已经发表的数据进行二次分析,可以节约研究成本,挖掘新的研究靶点和思路。目的:利用单细胞转录组和常规转录组生物信息学分析、高维加权基因共表达网络分析和加权基因共表达网络分析,筛选糖尿病足溃疡的生物标志物。方法:下载基因表达数据库中包含糖尿病足溃疡患者未愈合的溃疡组织样本和糖尿病患者足部皮肤样本的单细胞转录组数据集GSE165816,经数据质量控制、降维、差异分析、细胞类型注释和拟时序分析后,筛选贯穿整个糖尿病足溃疡病程的细胞类型,获得差异表达基因,高维加权基因共表达网络分析识别与糖尿病足溃疡高度相关的基因模块;下载包含糖尿病足溃疡患者未愈合的溃疡组织样本和糖尿病患者足部皮肤样本的常规转录组数据集GSE68183、GSE80178,进行差异分析筛选差异表达基因,加权基因共表达网络分析筛选糖尿病足溃疡相关基因模块,将单细胞转录组差异表达基因、常规转录组样本差异表达基因、加权基因共表达网络分析及高维加权基因共表达网络分析筛选的模块基因进行整合,筛选糖尿病足溃疡的生物标志物。下载GSE134431数据集作为验证常规转录组数据集,比较糖尿病足溃疡生物标志物在单细胞转录组和验证常规转录组数据集中的表达水平。复制糖尿病和糖尿病足溃疡大鼠模型,取创面组织,免疫组织化学法和Western blot法检测生物标志物表达水平。结果与结论:单细胞转录组数据分析结果显示,上皮细胞分化贯穿了糖尿病足溃疡整个病理过程,获得单细胞转录组组间差异表达基因共146个,其中差异表达上调基因59个,差异表达下调基因87个;高维加权基因共表达网络分析识别出与糖尿病足溃疡相关的基因模块19个,包含核心基因476个。常规转录组数据分析共获得913个差异表达基因,其中差异表达上调基因343个,差异表达下调基因570个;加权基因共表达网络分析获得19个糖尿病足溃疡相关基因模块,包含887个基因。筛选出2个糖尿病足溃疡的生物标志物:S100A14和SFN,2个基因在单细胞转录组和常规转录组数据验证集糖尿病足溃疡样本的表达水平均高于糖尿病患者足部皮肤样本。动物实验显示糖尿病足溃疡大鼠创面组织S100A14、SFN表达水平高于糖尿病大鼠背部皮肤组织。结果表明,糖尿病足溃疡病变过程涉及多种细胞类型,其中上皮细胞为糖尿病足溃疡的关键细胞亚群,S100A14和SFN在糖尿病足溃疡样本中表达水平显著增高,是糖尿病足溃疡治疗的潜在靶点。

关键词： 颈椎前路   经椎弓根螺钉固定   Mimics   三维重建   颈椎   内固定   形态学测量  

摘要： 背景:前路经椎弓根螺钉内固定系统通过一次前路手术便可达到充分减压和一期坚强固定的目的,但因为特殊的解剖学结构,置钉风险相对较高,既往国内外学者通过进行解剖学测量肯定了该入路的可行性,但存在样本量相对较小、椎弓根轴定位困难、测量方法相对局限等缺点。目的:在影像学基础上针对成人颈椎进行形态学测量,从而为临床前路椎弓根螺钉置入提供解剖学指导。方法:将50例成人颈椎的3D CT扫描数据导入Mimics系统进行三维重建,并测量其形态学数据,包括椎弓根中轴线距离、椎弓根宽度、椎弓根高度、椎弓根水平轴位角度、椎弓根矢状位角度、横断面上进钉点距离、矢状面上进钉点距离、轴线上椎体长度及轴线上椎弓根长度。结果与结论:①进钉点定位:C_(3)、C_(4)位于椎体正中矢状面的对侧,距离正中矢状线约为2.060 mm及2.310 mm;C_(5)既可位于正中矢状线同侧也可位于对侧,平均值约为1.224 mm;C_(6)-C_(7)位于同侧,距离正中1.132 mm及2.538 mm;C_(3)-C_(7)距离椎体上终板的距离逐渐增加,平均值范围为2.362-7.350 mm;②进钉点方向:横断面夹角,C_(3-4)平均值逐渐增大,为46.32°-47.36°;C_(5-7)逐渐减小,由44.03°下降至37.80°;矢状面夹角,C_(3)-C_(4)角度需要向尾端偏移,角度分别为95.75°和100.93°;C_(5)-C_(7)角度需要向头端偏移,分别为104.38°,110.34°和104.86°;③进钉点定位及方向在性别及侧别间差异均无显著性意义(P>0.05),对于螺钉的选择,除个别患者颈椎发育异常,绝大部分下颈椎椎弓根螺钉男性选择至少30 mm长、4.0 mm直径的螺钉,女性选择至少28 mm长、3.5 mm直径的螺钉进行颈椎前路经椎弓根螺钉固定是安全可靠的;④通过形态学测量证实,前路经椎弓根螺钉固定下颈椎是可行的,但应遵循个体化原则,制定个性化的固定方案。

关键词： 类风湿关节炎   克罗恩病   免疫浸润   生物信息学   机器学习   自身免疫性疾病  

摘要： 背景:类风湿关节炎与克罗恩病是常见的自身免疫性疾病,临床研究发现这两种疾病可伴发,可能存在相关性,但目前尚无研究证明两者之间存在共同发病基因和免疫机制。目的:通过生物信息学及两种机器学习鉴定类风湿关节炎与克罗恩病共同基因和免疫机制之间的关联。方法:从GEO数据库(由美国国立医学图书馆开发的开放数据库)中检索获得类风湿关节炎与克罗恩病对应的训练数据集和验证集(研究已获得相关机构审查委员会批准),并进行统一整理,使用“limma”包分析类风湿关节炎、克罗恩病的差异表达基因。分别在类风湿关节炎与克罗恩病的训练集上应用加权基因共表达网络分析识别疾病相关模块,取交集初步筛选基因集,同时进行GO、KEGG分析。通过蛋白质互作网络及MCODE算法识别出20个基因集,分别在类风湿关节炎与克罗恩病的训练集上应用LASSO回归和随机森林两种机器学习算法独立筛选各自疾病的关键特征基因。取类风湿关节炎与克罗恩病筛选结果交集,获得共有的潜在关键基因,通过验证集验证准确度确定核心基因。对核心基因与浸润免疫细胞进行CIBERSORT免疫浸润等功能分析,确定核心基因与类风湿关节炎、克罗恩病的相关性。结果与结论:类风湿关节炎有2516个差异基因,克罗恩病有281个差异基因。通WGCNA、蛋白互作网络和2种机器学习算法取交集后得到3个核心基因,半胱天冬酶1(CASP1)、三联基序21(TRIM21)及蛋白酶体亚基10(PSMB10)。富集分析显示两种疾病与抗原的加工和呈递、内质网膜腔面和多种免疫球蛋白结合相关;3个核心基因在两种疾病验证集的表达趋势与训练集一致。免疫细胞浸润分析显示,巨噬细胞(M0、M1)和中性粒细胞在类风湿关节炎与克罗恩病中的表达均显著增高,说明中性粒细胞可能在类风湿关节炎和克罗恩病发病机制中起重要作用。该研究不仅增进了对两种重要自身免疫病共性的认知,更重要的是为中国研究人员在新靶点的发现与验证、新型诊疗技术的开发以及转化医学研究模式应用等方面提供了宝贵的借鉴意义和具体的指导路径。

关键词： 骨坏死   降脂药   孟德尔随机化   Meta分析   HMGCR抑制剂   PCSK9抑制剂   NPC1L1抑制剂  

摘要： 背景:骨坏死是临床常见的难治性疾病,给患者生活带来极大困扰,也给医疗体系造成沉重负担。研究表明降脂药可能对骨坏死预后有一定的改善作用,然而具体的降脂药靶点与骨坏死的因果关联尚未可知。目的:通过孟德尔随机化和Meta分析探索低密度脂蛋白、降脂药物(HMGCR抑制剂、PCSK9抑制剂和NPC1L1抑制剂)与骨坏死之间的因果关系。方法:①从全球血脂遗传学联合会成果(GLGC)数据库中下载HMGCR基因(5号染色体:74632154-74657929)、PCSK9基因(1号染色体:55505221-55530525)以及NPC1L1基因(7号染色体:44552134-44580914)作为降脂药物暴露的工具变量,从FinnGen数据库获取骨坏死相关数据,包括R9版本(共359399样本量:1385例病例和358014例对照)、R10版本(共392580样本量:1543例病例和391037例对照)和R11版本(共431369样本量:1543例病例和429826例对照)。同时选取低密度脂蛋白作为生物标志物。②运用双样本孟德尔随机化分析方法,评估降脂药物暴露与骨坏死之间的因果关系,并借助LDlink去除可能影响骨坏死发病机制的混杂因素。③采用MR-Egger、加权中位数、逆方差加权法和加权模式这4种方法检测降脂药物暴露与骨坏死之间的因果关系,其中将逆方差加权法作为主要分析方法。④为全面综合评估降脂药物与骨坏死之间的关联性,进一步针对逆方差加权法得出的OR值结果展开Meta分析。⑤最后,为确保研究结果具备稳健性与可信度,采用Q检验评估异质性,利用MR-Egger回归评估水平多效性,并针对阳性结果开展贝叶斯共定位分析。⑥研究还选取冠心病作为阳性对照,通过将其作为结局因素进行孟德尔随机化分析,以此确定工具变量的可靠性。结果与结论:①孟德尔随机化分析结果显示,针对骨坏死不同版本数据,HMGCR抑制剂与骨坏死的关系呈现出多样化特征。在R9版本数据中,HMGCR抑制剂降低骨坏死患病风险效果显著(逆方差加权法:OR=0.24,95%CI:0.08-0.71;P=0.009);R10版本数据得出相似结论(逆方差加权法:OR=0.29,95%CI:0.10-0.86;P=0.025);而在R11版本数据中,二者无明显因果关系(P=0.09>0.05)。②NPC1L1抑制剂、PCSK9抑制剂和低密度脂蛋白在骨坏死R9、R10和R11版本数据中均未显示出与骨坏死存在明显因果关系。对HMGCR抑制剂逆方差加权法结果的Meta分析进一步证实,HMGCR抑制剂能显著降低骨坏死患病风险(OR=0.3,95%CI:0.16-0.56)。③敏感性分析未发现异质性或遗传混杂偏倚的统计学证据,贝叶斯共定位分析显示,H4/(H4+H3)后验概率超90%,意味着HMGCR抑制剂与骨坏死之间的因果关系并非偶然。④经孟德尔随机化和Meta分析证实,HMGCR抑制剂与降低骨坏死患病风险存在显著因果关联,表明现有HMGCR抑制剂有望成为骨坏死防治的关键靶点,为众多骨坏死患者带来新的治疗选择,但后续仍需深入开展临床研究进行验证。

关键词： 疼痛特征   内侧半月板损伤   步态表现   惯性测量单元   运动恐惧   稳定性  

摘要： 背景:疼痛会通过神经肌肉变化改变运动控制,从而导致步态改变。明确内侧半月板损伤患者的疼痛特征对步态表现的影响有利于制定个性化康复方案。目的:探究疼痛特征对内侧半月板损伤患者步态表现的影响。方法:使用8个惯性测量单元与常速摄像机对32例健康人群(男17例、女15例)与51例内侧半月板损伤患者(男24例、女27例)进行步态数据采集,同时评估患者的疼痛特征,如疼痛自由度、疼痛强度、疼痛心理以及疼痛阶段。独立样本t检验比对组间差异,并将疼痛特征作为自变量、步态指标作为因变量行多元线性回归分析。结果与结论:①与对照组相比,内侧半月板损伤患者的步长、大腿/小腿/足支撑期角速度、小腿/足摆动期角速度、髋活动范围对称指数、髋/踝活动范围变异系数、股直肌支撑期肌肉贡献率显著减小(P<0.05),步长对称指数、膝活动范围对称指数、步长变异系数、股二头肌摆动期肌肉贡献率显著增大(P<0.05);②步长的预测变量是膝伸是否疼痛、疼痛强度、运动恐惧症;支撑期大腿角速度、摆动期大腿角速度、摆动期小腿角速度、股直肌支撑期肌肉贡献率的预测变量是膝伸是否疼痛;髋关节活动范围变异系数的预测变量是疼痛强度;③提示内侧半月板损伤患者的疼痛特征例如疼痛强度、运动恐惧会影响步态表现,在大腿肌肉共激活效应失衡的情况下,通过减慢运动速度、缩短步长等运动学表现可提高步态稳定性;未来的研究方向应包含疼痛管理,并开展步态再训练。

关键词： 慢性粒细胞白血病   酪氨酸激酶抑制剂   伊马替尼   耐药基因   基因表达   生物信息学   加权基因共表达网络分析   蛋白互作网络  

摘要： 背景:慢性粒细胞白血病起源于克隆性造血干细胞,以骨髓细胞异常增殖为特征,大多由BCR-ABL1融合基因引起。尽管伊马替尼显著提升了慢性粒细胞白血病患者的生存率,但其耐药性仍是治疗的主要障碍。目的:利用生物信息学分析手段,针对基因表达综合数据库内的基因表达资料进行研究,目的在于筛选出慢性粒细胞白血病对伊马替尼耐药的相关基因,并探索耐药机制。方法:使用由美国国家生物技术信息中心创建和维护的基因表达综合数据库,从该数据库下载GSE267522和GSE174800两个数据集,分别包含3个伊马替尼耐药样本和3个伊马替尼敏感样本。首先基于GEO2R工具筛选出两个数据集中共同的差异基因,借助DAVID平台对相关基因实施京都基因与基因组百科全书通路富集及基因本体功能注释,利用STRING数据库搭建蛋白相互作用网络框架,再通过Cytoscape软件从网络中筛选出连接度值排名靠前的10个枢纽基因。同时运用加权基因共表达网络分析算法获得关键模块特征基因,将这些基因与前述10个枢纽基因进行维恩分析取交集基因作为核心基因。最后,构建K562伊马替尼耐药模型,采用实时荧光定量PCR及蛋白质免疫印迹进行验证性分析。结果与结论:①两数据集中共筛选出273个差异基因,其中81个基因下调,192个基因上调。②基因本体富集分析揭示差异基因参与免疫反应和T细胞受体信号传导等生物过程;聚焦于细胞组分层面,质膜外侧、质膜及细胞外泌体等区域呈现出显著富集;分子功能分析表明,差异基因涉及跨膜受体蛋白和肌动蛋白的相互作用。③京都基因与基因组百科全书富集分析表明,差异基因显著富集于造血细胞谱系、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路、癌症通路等。④Cytoscape软件筛选出连接度值排名前10的差异表达基因与加权基因共表达网络分析算法获得关键模块特征基因取交集,获得的交集基因包括IRS1、CD52、CD53、CORO1A、KIT、LAPTM5、PECAM1。⑤成功构建K562伊马替尼耐药株,实时荧光定量PCR结果显示,与K562组相比,K562伊马替尼耐药组CD52、CD53、CORO1A、PECAM1的mRNA表达显著增加(P<0.05),IRS1的mRNA表达显著降低(P<0.05)。此外,蛋白质免疫印迹结果显示,K562伊马替尼耐药株中CD52、CD53、CORO1A、PECAM1蛋白表达增加(P<0.05),IRS1蛋白表达下降(P<0.05),与实时荧光定量PCR结果一致。⑥K562伊马替尼耐药核心基因表达的差异可能为日后了解慢性粒细胞白血病对伊马替尼耐药的机制提供新见解。

关键词： 股骨颈前倾角   测量器   股骨转子间骨折   术中测量   手术器械   自制仪器  

摘要： 背景:股骨转子间骨折行髓内钉内固定时,手术医师难以实时、准确判断股骨颈导针置入的前倾角度,目前临床缺乏可以实现该功能的手术器械。目的:研发一种可配合常见股骨转子间骨折髓内钉内固定手术器械使用,可在术中实时监测并指示股骨颈导针前倾角度的测量仪器,辅助手术医师精准完成股骨颈导针置入。方法:根据Brunner法原理,设计股骨颈前倾角测量器并3D打印实体模型。用等比例人体股骨模型构建手术模型,模拟在牵引床上行转子间骨折闭合复位髓内钉内固定的手术过程。使用3D打印模型对3组股骨模型进行辅助置入导针实验,记录实验数据并进行统计分析。优化设计、制作仪器实物。选择20例股骨转子间骨折患者进行临床试验,试验组及对照组各10例,试验组用前倾角测量仪置入导针,对照组由同一组医师用传统方式置入导针。记录两组试验数据并统计分析,确定该仪器效能。结果与结论:①新型前倾角测量器(专利号:ZL202120806525.X)可以实时测量髓内钉近端导向架的前倾角度;②新型前倾角测量器可以真实反映Brunner法测得的股骨颈前倾角,并指示股骨颈导针置入时所需的髓内钉近端导向架的前倾角度;③临床试验结果显示,与对照组相比,试验组患者手术时间更短(P=0.042)、股骨颈导针偏差角度更小(P=0.001)、透视次数更少、导针置入重复次数更少、导针置入时间更短(P<0.05);④提示新型前倾角测量器可以在术中实时、准确测量并指示股骨颈导针置入的前倾角度,可配套多种股骨近端髓内钉内固定器械系统使用,不直接接触人体,无附加损伤,有临床推广价值。

关键词： 糖尿病   肥厚型心肌病   孟德尔随机化   HSF1   遗传学   差异表达基因  

摘要： 背景:糖尿病与肥厚型心肌病相互影响,糖尿病患者心血管并发症风险显著升高,但两者之间的因果关系及分子机制尚不明确。目的:利用孟德尔随机化方法,结合GWAS和GEO数据库数据,评估糖尿病对肥厚型心肌病的因果效应,通过生物信息学分析筛选关键调控因子。方法:从最新的全基因组关联研究(GWAS,由美国国家人类基因组研究所和欧洲生物信息研究所合作建立)数据库中获取162个与糖尿病相关的单核苷酸多态性,这些数据来自24659例糖尿病患者和459939名对照参与者,获取肥厚型心肌病数据,包括507例肥厚型心肌病病例和489220名对照参与者,进行两样本孟德尔随机化分析,使用逆方差加权法评估糖尿病与肥厚型心肌病之间的因果关系。下载基因表达数据库(GEO)中的糖尿病数据集GSE184050和肥厚型心肌病数据集GSE160997,利用WGCNA探讨与糖尿病和肥厚型心肌病相关的重要模块及核心基因。通过GSEA探讨核心基因相关的富集术语和通路。将核心基因输入比较毒理学基因组数据库(CTD)网站以确定与核心基因相关的疾病。采用多种算法探讨HSF1在糖尿病和肥厚型心肌病中的作用。结果与结论:①以糖尿病为暴露因子,提取了160个单核苷酸多态性的分析结果,采用逆方差加权、MR-Egger和加权中位数回归方法评估遗传预测的糖尿病与肥厚型心肌病之间的因果关系,MR-Egger检验显示糖尿病与肥厚型心肌病之间存在显著因果关联,确定HSF1为糖尿病与肥厚型心肌病因果关系的核心生物标志物(P=0.01802898),加权中位数和逆方差加权法也提供了一致趋势。通过GEO数据库的数据验证确认了HSF1是同时影响糖尿病和肥厚型心肌病的潜在核心生物标志物。HSF1在糖尿病中高表达、在肥厚型心肌病中低表达。通过逐一移除单核苷酸多态性并重复孟德尔随机化分析的敏感性分析显示,没有单一单核苷酸多态性显著影响因果关系估计。将HSF1输入CTD网站以识别与核心基因相关的疾病,结果显示HSF1与糖尿病、2型糖尿病、肥厚型心肌病、心脏病、高血压、代谢紊乱和炎症等相关联。②研究主要基于国际大型数据库(如欧洲人群的GWAS和GEO表达谱数据),采用遗传工具变量进行因果推断,具有较强的科学性。中国生物医学研究应加强本土多组学数据的积累和整合,借助类似方法探索适用于中国人群的精准预防和治疗靶点。

关键词： 建筑信息模型   绿色建筑   评价策略   支持向量机   层次分析法  

摘要： 绿色建筑作为一种解决全球气候变化和资源短缺问题的重要方案得到了广泛关注。为对绿色建筑进行更加全面的评价,基于层次分析法构建了适用性的建筑信息模型评价策略,并基于支持向量机-非支配排序遗传算法建立了多目标优化模型。实验结果表明,所提方法在训练集和测试集上的建筑能耗预测值与真实值偏差控制在±100J范围内,碳排放预测准确率最高可达100%对山东某住宅的研究结果显示,优化前建筑的能耗为2967.93MW·h,碳排放为4402.17t;优化后能耗降低至2388.45MW·h,碳排放降低至3911.24t,热舒适指标PMV从0.26降低至0.16。优化方案表明,所提模型在绿色建筑的多目标优化中能够有效降低能耗和碳排放,改善热舒适性。

关键词： 地震地质灾害   灾害评估   应急管理   信息化平台   WebGIS  

摘要： 为满足地震灾害应急处置中快速响应、信息共享等多场景下的工作需求,从技术架构、数据管理、模型集成、功能设计等全过程开发与实战应用的角度,构建了B/S模式的地震次生地质灾害应急评估信息化技术体系。针对应急场景的需求提出了轻量级数据库构建思路和模型分解封装方法,研发了地震次生地质灾害应急评估信息化平台的原型系统。该平台在2次地震灾害应急应用中表现出了高效实用、自动化及规范化的特点,满足地震减灾和应急技术支撑的基本需求,能够为地震灾害高效应急和智能决策的信息化建设提供参考。