溃疡性结肠炎患者相关环状RNA 差异表达谱分析及功能研究

doi:10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2024.06.009

目的

利用高通量测序和生物信息学技术，分析溃疡性结肠炎（UC）中环状RNA（circRNA）表达特征。

方法

选取医院确诊的8 例UC 患者为观察组，根据其病情和结肠镜下黏膜表现分为活动期组和缓解期组，每组各4 例，另选4 名健康体检者纳入对照组，运用circRNA 高通量测序检测三组结肠组织中circRNAs 和信使核糖核酸（mRNAs）表达谱，运用在线生物信息学软件关联分析差异circRNAs 及预测的靶向微小核糖核酸（miRNAs）的生物学功能。

结果

高通量测序结果预处理分析中，三个样本组在总体基因的表达一致，通过对circRNAs 和mRNAs 的数据进行聚类分析发现，在三组样本中，circRNAs 和mRNAs 的基因表达存在明显的差异。筛选表达的circRNAs差异倍数≥1.5 或≤0.5，其中活动期组同对照组比对差异circRNAs 共217 个，有135 个表达上调，82 个表达下调；缓解期组同对照组比对差异circRNAs 共212 个，有98 个表达上调，114 个表达下调；活动期组同缓解期组比对差异circRNAs 共147 个，有95 个表达上调，52 个表达下调，差异表达的circRNAs 主要在免疫系统、炎症通路、细胞周期和信号转导通路的调控等功能上显著富集；运用miranda 和RNAhybrid 两种方法的交集预测7 个免疫和炎症相关差异miRNA-circRNA 靶标关系，分析circRNA-miRNA-UC 分子调控机制。

结论

UC 活动期和缓解期患者及健康者的结肠组织之间存在差异表达的circRNAs，且可能参与UC 的致病调控过程。

关键词: 溃疡性结肠炎（UC）, 环状RNA（CircRNA）, 差异表达谱

Objective

To analyze the expression characteristics of circular RNA（circRNA）in ulcerative colitis（UC） using high-throughput sequencing and bioinformatics techniques.

Methods

Eight diagnosed UC patients from the hospital were selected as the observation group， divided into an active phase group and a remission phase group based on their condition and colonoscopic mucosal findings，with 4 cases in each group.Additionally， four healthy individuals were included in the control group.CircRNA highthroughput sequencing was used to detect the expression profiles of circRNAs and messenger RNAs（mRNAs）in the colon tissues of the three groups.Online bioinformatics software was utilized to correlate the biological functions of differentially expressed circRNAs and the predicted target microRNAs（miRNAs） of circRNAs.

Results

The preprocessing analysis of high-throughput sequencing results indicated that the overall gene expression was consistent among the three sample groups.Clustering analysis of circRNAs and mRNAs data revealed significant differences in gene expression among the three sample groups.CircRNAs with a fold-change of ≥1.5 or ≤0.5 were screened.A total of 217 differentially expressed circRNAs were identified between active phase group and Control group， with 135 upregulated and 82 downregulated； 212 differentially expressed circRNAs between remission group and control group， with 98 upregulated and 114 downregulated； and 147 differentially expressed circRNAs between active phase group and remission group，with 95 upregulated and 52 downregulated.The differentially expressed circRNAs were significantly enriched in functions related to the immune system， inflammatory pathways， cell cycle， and signaling pathways.The intersection of miranda and RNAhybrid was used to predict 7 differential miRNA-circRNA target relationships related to immunity and inflammation， and the molecular regulatory mechanism of circRNAmiRNA-UC was analyzed.

Conclusion

There are differentially expressed circRNAs between the colon tissues of UC patients during active and remission phases and healthy individuals， which may participate in the pathogenic regulatory process of UC.

Key words: Ulcerative colitis （UC）, Circular RNA （CircRNA）, Differential expression profile

图1 高通量测序结果质量检测图。1A 为箱式图展示不同样本归一化前总体基因表达情况；1B 为箱式图展示不同样本归一化后总体基因表达情况；1C 为所有样本间基因表达水平相关性系数进行样本间聚类；1D 为热图，展示所有样本显著差异表达基因；1E 为活动期组对比对照组差异表达基因的火山图；1F 为活动期组对比缓解组差异表达基因的火山图；1G 为缓解期组对比对照组差异表达基因的火山图；其中E、F、G 中图中差异circRNAs 表达倍数≥2，P ≤0.05，红色为表达上调的差异表达基因，蓝色为表达下调的差异表达基因，组间比较采用t 检验。1H 为对所有样本circRNA 表达的差异性通过样本相关性系数进行样本间聚类分析

图2 三组样本间组件差异表达circRNA 散点图。图2A 展示活动期组同对照组组间差异表达的circRNAs，图2B 展示活动期组同缓解期组组间差异表达的circRNAs，图2C 展示缓解期组同对照组组间差异表达的circRNAs，其中A、B、C 中图中差异circRNAs 表达倍数≥2，P ≤0.05，组间比较采用t 检验

图3 A_UC 同N_UC 差异表达circRNAs 的GO 富集分析。3A 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的GO 细胞组分富集分析，3B 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的GO 生物过程富集分析，3C 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs上调的GO分子功能富集分析，3D 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs下调的GO细胞组分富集分析，3E 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs 下调的GO 生物过程富集分析，3F 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs下调的GO 分子功能富集分析

图4 缓解期组同对照组差异表达circRNAs 的GO 富集分析。4A 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的GO 细胞组分富集分析，4B 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的GO 生物过程富集分析，4C 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的GO 分子功能富集分析，4D 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 下调的GO 细胞组分富集分析，4E 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 下调的GO 生物过程富集分析，4F 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 下调的GO 分子功能富集分析

图5 活动期组同缓解期组差异表达circRNAs 的GO 富集分析。5A 为活动期组同缓解期组差异表达的circRNAs 上调的GO 细胞组分富集分析，5B 为活动期组同缓解期组差异表达的circRNAs 上调的GO 生物过程富集分析，5C 为活动期组同缓解期组差异表达的circRNAs 上调的GO 分子功能富集分析，5D 为活动期组同缓解期组差异表达的circRNAs 下调的GO细胞组分富集分析，5E 为活动期组同缓解期组差异表达的circRNAs 下调的GO 分子功能富集分析

图6 活动期组同对照组差异表达circRNAs 的KEGG 富集分析。6A 为活动期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的KEGG 富集分析，6B 为活动期组同对照组差异表达circRNAs 下调的KEGG 富集分析

图7 缓解期组同对照组差异表达circRNAs 的KEGG 富集分析。7A 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 上调的KEGG 富集分析，7B 为缓解期组同对照组差异表达的circRNAs 下调的KEGG 富集分析

图8 活动期组同缓解期组差异表达circRNAs 的KEGG 富集分析。8A 为活动期组同缓解期组差异表达circRNAs 上调的KEGG 富集分析，8B 为活动期组同缓解期组差异表达circRNAs 下调的KEGG 富集分析

表1 溃疡性结肠炎有关于免疫和炎症相关显著差异表达的基因的 7 个circRNA-miRNA 通路信息

circRNA	miRNA	RNAhybrid_Pvalue	靶向mRNA	表达趋势
chr22_22588380_22664518_+	hsa-miR-5585-3p	0.049581	IGLV2-33	上调
chr6：32519369-32580856	hsa-miR-5585-3p	0.038641	HLA-DRB5	上调
chr22：22588380-22664518	hsa-miR-4274	0.048109	IGLV2-33	上调
chr14：106627634-106639428	hsa-miR-6764-3p	0.047505	IGHV4-59	下调
chr6：29887954-29942626	hsa-miR-1229-3p	0.035707	HLA-H	上调
chr6：47526627-47554766	hsa-miR-1268a	0.019535	CD2AP	下调
chr22：22819456-22880803	hsa-miR-1273h-5p	0.014655	IGLV3-9	上调

表1 溃疡性结肠炎有关于免疫和炎症相关显著差异表达的基因的 7 个circRNA-miRNA 通路信息

circRNA	miRNA	RNAhybrid_Pvalue	靶向mRNA	表达趋势
chr22_22588380_22664518_+	hsa-miR-5585-3p	0.049581	IGLV2-33	上调
chr6：32519369-32580856	hsa-miR-5585-3p	0.038641	HLA-DRB5	上调
chr22：22588380-22664518	hsa-miR-4274	0.048109	IGLV2-33	上调
chr14：106627634-106639428	hsa-miR-6764-3p	0.047505	IGHV4-59	下调
chr6：29887954-29942626	hsa-miR-1229-3p	0.035707	HLA-H	上调
chr6：47526627-47554766	hsa-miR-1268a	0.019535	CD2AP	下调
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Differential expression profile and functional study of related circular RNA in patients with ulcerative colitis

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