前言
口腔炎癥(oral inflammatory disease)终佛，指口腔軟組織和硬組織的感染俊嗽，包括牙周炎、種植體周圍炎和齲齒铃彰。若不及時治療绍豁，可能會導致頜面部和系統(tǒng)部位的并發(fā)癥，例如心血管疾病牙捉、消化系統(tǒng)疾病竹揍、糖尿病、肺部疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病邪铲。盡管公開數(shù)據(jù)庫中(GEO等)存儲著豐富的口腔炎癥數(shù)據(jù)集芬位，但由于缺乏合適的數(shù)據(jù)分析工具，沒有編程背景的牙科研究人員常常難以充分利用已知數(shù)據(jù)带到。
2024年3月15日昧碉，南方醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院劉楚峰、珠江醫(yī)院羅鵬團隊在 Journal of Translational Medicine (IF=7.4) 雜志上發(fā)表了題為 “OralExplorer: a web server for exploring the mechanisms of oral inflammatory diseases” 的文章揽惹。研究者收集整理了 35 個人類口腔炎癥數(shù)據(jù)集 (Bulk RNA-seq 和 scRNA-seq)被饿，并開發(fā)了口腔炎癥的網(wǎng)絡分析平臺 OralExplorer (https://smuonco.shinyapps.io/OralExplorer/)。該平臺提供多種生物信息分析功能搪搏，可在線交互使用狭握。作者基于OralExplorer 篩選出 6 種潛在口腔炎癥標志物，并通過 qPCR 和 IHC 實驗中進行了驗證慕嚷。
結(jié)果解讀
OralExplorer 是一款專為口腔疾病研究而設計的網(wǎng)絡工具哥牍，由五個主要分析功能模塊組成：差異基因表達分析毕泌、免疫浸潤分析喝检、相關(guān)性分析嗅辣、通路富集分析和單細胞分析。這些模塊允許用戶自定義分析參數(shù)以滿足個性化需求挠说。此外澡谭，該網(wǎng)站還提供詳細的分析結(jié)果和高分辨率的圖像，用戶可以輕松訪問與本地下載损俭。
1.數(shù)據(jù)概覽
OralExplorer 包含 35 個人類口腔炎癥數(shù)據(jù)集蛙奖，總共有 901 個樣本，囊括 6 種主要口腔疾哺吮：種植體周圍炎雁仲、牙周炎、牙髓炎琐脏、齲齒攒砖、顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎和牙齦炎。數(shù)據(jù)集中有 27 個 bulk RNA-seq 數(shù)據(jù)集日裙，8 個 single-cell RNA-seq 數(shù)據(jù)集吹艇。
2.差異基因表達分析
對于疾病組樣本和正常組樣本之間差異基因表達分析的結(jié)果，OralExplorer 為用戶提供了兩種可視化選項：火山圖和熱圖昂拂。默認情況下受神，差異分析結(jié)果顯示 10 個顯著上調(diào)和下調(diào)的基因名稱，并在可視化結(jié)果中進行注釋格侯。用戶還可以根據(jù)自己的需求調(diào)整閾值和基因名稱注釋鼻听。另外，用戶可以在線查看完整的差異表達分析結(jié)果联四，并將結(jié)果保存至本地撑碴。
3.免疫浸潤分析
免疫細胞的組成和比例在疾病消退中發(fā)揮著重要作用。為了表征免疫細胞在口腔疾病中的組成和比例碎连，OralExplorer 提供了六種先進的免疫細胞算法：TIMER灰羽、xCell、CIBERSORT鱼辙、EPIC廉嚼、quanTIseq 和 MCPcounter。通過分析識別出不同組別之間免疫浸潤的差異倒戏，最終結(jié)果以熱圖或箱線圖進行可視化怠噪。
圖3 免疫浸潤分析
4.相關(guān)性分析
OralExplorer 提供對基因、免疫細胞和通路的相關(guān)性分析的功能杜跷。用戶可以方便地搜索他們感興趣的特定疾病類型和基因集傍念，過濾樣本矫夷，選擇目標基因、免疫細胞或通路憋槐。平臺提供兩種相關(guān)性分析算法（Spearman 和 Pearson）以及各種可視化選項双藕，例如散點圖、弦圖和熱圖阳仔。
圖4 免疫浸潤分析
5.富集分析
OralExplorer 提供兩種常用的通路富集算法：GSEA 和 ssGSEA忧陪，以及來自 MSigDB 數(shù)據(jù)庫的 13,661 個常用通路基因集。用戶可以選擇三種可視化方法近范，即氣泡圖和 GSEA 通路富集圖等多種形式嘶摊，來呈現(xiàn)通路富集分析的結(jié)果。
圖5 基因富集分析
6.單細胞分析
在 OralExplorer 中评矩，單細胞分析可視化包括聚類圖 (cluster plot)叶堆、特征圖 (feature plot) 和熱圖 (heatmap)紧憾。聚類分析可視化顯示了降維聚類后的口腔單細胞數(shù)據(jù)蝌蹂，使用戶能夠輕松查看細胞聚類的結(jié)果曙痘。此外叶撒，作者計算了單個細胞和簇的 ssGSEA 分數(shù)设褐，以便在特征圖和熱圖中進行可視化悟民。用戶可以在特征圖中選擇感興趣的基因或通路在不同細胞中的表達丸卷。同樣挺举，用戶能夠在熱圖中輕松查看不同簇中各種基因和通路的表達弱恒。
7.實驗驗證
作者使用 OralExplorer 對與牙周炎相關(guān)的多個數(shù)據(jù)集進行在線差異基因表達分析辨萍。分析結(jié)果顯示，在所有 6 個牙周炎相關(guān)數(shù)據(jù)集中返弹，IL1β锈玉、SRGN、CXCR1义起、FGR拉背、ARHGEF2 和 PTAFR 同時顯著上調(diào)。為了驗證這些基因的表達水平默终，作者對人類牙周炎患者樣本和正常人類牙周樣本進行了 qPCR 實驗驗證椅棺。除 FGR 外，其他 5 個基因在牙周炎組中均表現(xiàn)出顯著的上調(diào)齐蔽。此外两疚，作者還進行了免疫組織化學分析，與 mRNA 表達結(jié)果類似含滴，在牙周炎患者組中也觀察到 IL1β诱渤、SRGN、CXCR1和 PTAFR 的蛋白表達增強谈况。
說在最后
文章主要思路：
- 首先勺美，作者從 GEO 數(shù)據(jù)庫整理了Bulk RNA-seq 和 Single-cell RNA-seq的數(shù)據(jù)集递胧，進行了統(tǒng)一的質(zhì)控過濾。
- 接著赡茸，在整合已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上缎脾，作者基于R語言進行網(wǎng)站平臺 OralExplorer 的開發(fā)，使用Shiny包實現(xiàn)了網(wǎng)頁設計與交互坛掠。
- 進一步赊锚，分別介紹了OralExplorer 的分析五大模塊 (差異基因表達分析治筒、免疫浸潤分析屉栓、相關(guān)性分析、通路富集分析和單細胞分析) 的功能耸袜。
- 最后友多，以牙周炎為例進行分析應用，篩選出潛在標志基因堤框，并通過實驗進行驗證域滥。
總結(jié)：
作者整合了 35 個人類口腔炎癥的相關(guān)數(shù)據(jù)集，開發(fā)出在線平臺 OralExplorer蜈抓，提供了簡單直觀的可視化界面以及人性化的交互操作启绰，使牙科醫(yī)學研究者更有效地探索口腔疾病數(shù)據(jù)。
