王曼曼1，2，宁文华1，王海明1，刘伊滢1，李思颖1，2，高京1，2，魏向阳1
作者单位：1.450052河南省郑州市，郑州大学第一附属医院康复医学科　2.450052河南省郑州市，郑州大学医学科学院
通信作者：魏向阳，E-mail：weixiangyang1022@126.com

【摘要】　目的　基于加权基因共表达网络分析（WGCNA）和机器学习方法探究葡萄糖代谢参与缺血性脑卒中（IS）的机制及其关键基因。方法　本实验时间为2022年11月—2023年6月。从GEO数据库GPL6883平台下载IS芯片数据集GSE16561，其包括39例IS患者（IS组）和24例健康受试者（对照组）外周血的总RNA表达谱数据，对其进行预处理，基于WGCNA筛选与IS组相关性最强的模块内基因，将其与在GeneCards数据库选取的相关性得分＞5分的基因取交集，得到葡萄糖代谢相关基因并对其进行基因本体论（GO）功能富集分析。基于蛋白质相互作用（PPI）网络分析，采用机器学习方法〔随机森林（RF）、支持向量机递归特征消除（SVM-RFE）算法〕筛选葡萄糖代谢关键基因。比较GSE16561中IS组和对照组葡萄糖代谢关键基因表达量，同时绘制葡萄糖代谢关键基因诊断IS的ROC曲线，通过曲线下面积（AUC）评估其诊断效能。结果　WGCNA共得到了11个基因共表达模块，其中棕色模块与IS组相关性最强（r=0.56，P=2×10－6），其共包含461个基因。GeneCards数据库中相关性得分＞5分的基因共2 386个，将其与棕色模块基因取交集，共得到85个葡萄糖代谢相关基因。GO功能富集分析结果显示，葡萄糖代谢相关基因主要涉及的生物学过程（BP）为对肽的反应、对肽激素的反应、细胞碳水化合物代谢过程，主要涉及的细胞成分（CC）为富含纤维胶凝蛋白1的颗粒、分泌颗粒腔、细胞质囊泡腔，主要涉及的分子功能（MF）为类泛素蛋白连接酶结合、磷蛋白结合、蛋白酶结合。PPI网络分析结果显示，得到了1个包含12个基因的核心模块。RF算法分析结果显示，重要性排名前12位的基因分别为MMP9、STAT3、ITGAM、NFKB1、TLR2、MYD88、STAT5A、TLR4、SYK、LYN、CEBPB、MAPK3。SVM-RFE算法分析结果显示，得到4个关键基因，分别为MMP9、STAT3、ITGAM、TLR2。将RF算法以及SVM-RFE算法得到的关键基因取交集，最终得到4个葡萄糖代谢关键基因，分别为MMP9、STAT3、ITGAM、TLR2。IS组MMP9、STAT3、ITGAM、TLR2表达量高于对照组（P＜0.05）。ROC曲线分析结果显示，MMP9、STAT3、ITGAM、TLR2诊断IS的AUC分别为0.855〔95%CI（0.762～0.948）〕、0.872〔95%CI（0.784～0.960）〕、0.842〔95%CI（0.747～0.936）〕、0.829〔95%CI（0.727～0.931）〕。结论　葡萄糖代谢相关基因主要通过影响炎症反应及氧化应激等而参与IS的发生发展，且MMP9、STAT3、ITGAM、TLR2为葡萄糖代谢关键基因，这可为葡萄糖代谢参与IS的相关研究提供新思路。
【关键词】　缺血性卒中；葡萄糖代谢；加权基因共表达网络分析；机器学习；关键基因
【中图分类号】　R 743.3　【文献标识码】　A　DOI：10.12114/j.issn.1008-5971.2024.00.077