GSEA分析加分项：能标注目标基因的工具才够实用！中科新生命云平台功能详解

GSEA一次分析仅适用两组数据的比较，如对照组-vs-实验组，疾病组-vs-治疗组。主要分析两组中基因表达量变化与分组之间关系。GSEA分析时，有“两集一值一组”的准备文件：

（1）比较组中所有基因构成的基因集，Expression dataset。来自于测序下机的FPKM数据或TPM值，或TCGA等公共库下载的包含基因在两组样本的表达量信息的文件；

（2）预定义的基因集，Gene sets database。来自于GO、KEGG或GSEA官网包含的MisgDB（gsea-misgdb.org）数据库，亦或者是从权威文献中总结获得的Pathway注释信息、GO注释信息。该文件详细标注了每条Pathway中包含的具体基因。

（3）样本分组。用于定义样本所属的分组；

（4）计算排序值。用于衡量基因表达情况与表型（分组）的关联程度，从大到小排列，绝对值越大代表关联越强。对与“疾病-vs-治疗”这种分类型研究，可计算“差异倍数，Signal 2 noise”作为排序值。以“差异倍数”为例：数值越接近“0”表示与疾病组越负相关；接近“1”表示与疾病组不相关；超过1后越大，表明与疾病组正相关。

以差异倍数（Fold Change）为排序指标为例，分析结果呈现三种情况：

（1）ES值：Enrichment Score，富集分数。功能基因集（GO term或KEGG Pathway等）在排序后的基因列表中富集程度的指标，可反应功能基因集中的基因在基因排序表中的分布情况。ES值的绝对值越高，表示这个功能基因集可能与表型有较强关联。

（2）NES值：Normalized Enrichment Score，归一化富集分数。NES=功能基因集的实际ES值/该基因集所有置换检验得到的ES值的平均值。ES值的归一化形式，用于消除基因集大小和基因表达数据分布对ES值的影响。使得不同基因集的富集程度具有可比性。可通过直接比较不同功能基因集的NES值，了解富集强度和方向；

（3）P value：通过置换检验得到，用于评估功能基因集富集结果显著性的指标。若P＜0.05，则表明功能基因集显著富集，即在实验处理条件下该集合；

（4）FDR 值：False Discovery Rate，假阳性发现率。用于矫正P值的假阳性结果。FDR＜0.05说明该通路被显著富集（更严谨）。

马凡综合征（Marfan syndrome, MFS）是一种由基因突变引起的遗传性结缔组织疾病，其主要病变为胸主动脉瘤（TAA）。研究表明，机械敏感性离子通道蛋白（Piezo-type mechanosensitive ion channel component 1， Piezo1）可帮助血管平滑肌细胞和内皮细胞感知血流和血压的变化，在细胞内信号转导中具有关键作用。作者在MFS临床患者和MFS小鼠的主动脉中均发现Piezo1的缺失会加剧主动脉瘤的发展。

通过MFS小鼠（马凡综合征模型小鼠）和MFS x CKO小鼠（马凡综合征与Piezo1条件性敲除的杂交小鼠）的主动脉瘤转录组数据提示，与细胞外基质重塑相关的基因集在MFS x CKO小鼠中显著上调（图1），表明Piezo1的缺失加剧了主动脉组织中细胞外基质的降解和重塑，可能导致主动脉壁的结构异常，从而加重主动脉瘤的发展。与炎症相关的基因集也在MFS x CKO小鼠中显著上调，表明Piezo1的缺失可能通过促进炎症反应来加剧主动脉病变。

图1 Piezo1缺失可上调细胞外基质的降解和重塑，上调炎症相关基因集

Yoda1是Piezo1的特异性激活剂，可通过激活Piezo1进而调节细胞生理功能。使用野生型小鼠的原代血管平滑肌细胞（VSMCs）和Yoda1处理的VSMCs转录组GSEA结果提示，与细胞外基质重塑（图2c）、凋亡信号通路（图2b）和肾素-血管紧张素（图2a）通路相关的基因集在Yoda1处理中显著下调，表明Yoda1通过抑制上述关键通路，可能对主动脉病变起到保护作用。

图2  Yoda1处理可使细胞外基质重塑、凋亡信号通路下调，在主动脉病变中起保护作用

每次分析均可自定义【任务编号】，便于后续在【项目中心】→【工具任务】中查看分析状态。