表征草酸钙诱导的肾结石形成中的趋化因子信号通路和枢纽基因:来自啮齿动物模型的见解

Characterizing Chemokine Signaling Pathways and Hub Genes in Calcium Oxalate-Induced Kidney Stone Formation: Insights from Rodent Models.

作者信息Boqiang Wang, Zhenkun Tan, Wusheng She, Xiang Wang, Xiaofeng Guan, Zhiwei Tao, Fuyou Guo, Hua Xu, Yaoliang Deng
PMID39893356
发布时间2026-02
DOI10.1007/s10528-025-11036-z

实验完整度

包含生物信息学分析、细胞实验(qRT-PCR和Western blot)及外部队列验证,但缺乏体内功能实验和机制验证,实验层级为分析加体外验证。

主要模型

HK-2细胞 GHS大鼠模型 乙二醇诱导的大鼠肾结石模型 APRT缺陷小鼠模型(GSE18160)

重点核对

HK-2细胞在2 mM COM刺激6小时的条件 GSE89028和GSE75542数据集的筛选标准(p<0.05,|log2FC|>1) GSE18160数据集验证枢纽基因表达 qRT-PCR和Western blot检测CCL2、CXCL1、CXCL2表达

摘要

肾结石的主要成分是草酸钙一水合物(COM),这一事实已被广泛认可。尽管常用啮齿动物模型诱导草酸钙(CaOx)结晶,但在这些模型中进一步探索兰德尔斑块(RPs)仍属必要。我们首先从基因表达综合(GEO)数据库中选取GSE89028和GSE75542数据集,以鉴定常见的差异表达基因(co-DEGs)。基于co-DEGs,我们进行了基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析,以识别显著富集的通路。此外,我们进行了基因集富集分析(GSEA)以验证富集通路。为了鉴定枢纽基因,我们构建了蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络。最后,我们进行了实时PCR和Western blot验证生物信息学分析的结果。我们从两个数据集中筛选出28个co-DEGs。通过GO、KEGG和GSEA富集分析发现趋化因子相关信号通路显著富集。直方图分析显示三个趋化因子相关基因参与多条通路。我们使用Cytohubba确认了三个枢纽基因。随后,外部队列分析、定量实时聚合酶链反应(qRT-PCR)和Western blot显示,与对照组相比,CaOx处理后的HK-2细胞中CCL2、CXCL1和CXCL2显著上调(p<0.05)。我们的研究表明,在CaOx刺激下,肾小管上皮细胞释放趋化因子,包括CCL2、CXCL1和CXCL2。这种趋化因子的释放伴随着TNF和IL-17等信号通路的激活。这些发现可能为肾结石疾病的未来研究提供新方向。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在CaOx诱导的肾结石形成中,哪些趋化因子相关基因和信号通路起关键作用?
核心机制
CaOx刺激肾小管上皮细胞释放趋化因子CCL2、CXCL1和CXCL2,并激活趋化因子、TNF和IL-17信号通路。
主要证据
通过对GSE89028和GSE75542的共差异基因分析、GO/KEGG/GSEA富集分析、PPI网络和hub基因鉴定,以及外部数据集GSE18160、qRT-PCR和Western blot验证,CCL2、CXCL1和CXCL2在CaOx处理后显著上调。
研究意义
本研究为肾结石疾病的未来研究提供新方向,可能有助于理解结石形成的分子机制。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

识别共差异表达基因

从两个肾结石啮齿动物模型数据集中筛选出共同的差异表达基因。

从GEO数据库获取GSE89028和GSE75542数据集,使用limma包识别DEGs,并取交集得到28个co-DEGs。

2

功能富集分析

探索co-DEGs涉及的生物学过程和信号通路。

使用GO和KEGG富集分析,以及GSEA分析,确定显著富集的通路。

3

构建PPI网络并鉴定枢纽基因

通过蛋白质相互作用网络识别关键基因。

利用STRING数据库构建PPI网络,通过Cytoscape的MCODE和CytoHubba插件鉴定hub基因。

4

验证枢纽基因表达

在独立数据集和细胞模型中验证hub基因的表达。

分析GSE18160数据集,并在HK-2细胞中通过qRT-PCR和Western blot验证CCL2、CXCL1、CXCL2的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
HK-2细胞Pricella--
草酸钙一水合物Sigma-Aldrich--
总RNA提取试剂VazymeR401-01
NanoDrop分光光度计NanoDrop Technologies--
PrimeScript RT Master MixTakara--
SYBR Green qPCR预混液Takara--
Gentier 96实时荧光定量PCR仪Tianlong--
RIPA裂解液Solarbio--
BCA蛋白定量试剂盒EpiZyme--
PVDF膜Millipore--
化学发光检测系统Tianneng--
CCL2抗体Proteintech--
CXCL1抗体Proteintech--
CXCL2抗体Proteintech--
GAPDH抗体Proteintech--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与处理
HK-2细胞培养基类型;COM浓度2 mM;刺激时间6小时;处理条件和对照组需一致
阅读提示:Methods中的Cell Culture部分
qRT-PCR
RNA提取方法、逆转录体系、qPCR体系(1 µL cDNA,10 µL反应体积)、引物序列、内参基因(β-actin)、相对定量方法(2^-ΔΔCT)、三次重复
阅读提示:Methods中的Quantitative RT-PCR部分
Western blot
蛋白提取方法、上样量30 µg、SDS-PAGE凝胶浓度12.5%、一抗和二抗的稀释倍数、孵育时间、内参蛋白(GAPDH)
阅读提示:Methods中的Western Blot部分
生信分析
GSE75542和GSE89028数据集的样本分组和筛选标准(p<0.05, |log2FC|>1)、STRING数据库置信度阈值0.4
阅读提示:Methods中的Miroarrays和Identification of Co-DEGs部分