济宁医学院 大学生创新创业训练计划管理系统

济宁医学院 创新创业管理系统

详情

牙周炎微环境中铁死亡调控ECM重塑促进口腔癌进展的机制及天然药物干预研究

申报人：宋银怡 申报日期：2025-03-20

基本情况

2025创新项目
牙周炎微环境中铁死亡调控ECM重塑促进口腔癌进展的机制及天然药物干预研究 学生申报
创新训练项目
医学
口腔医学类
学生自主选题
二年期
牙周炎与口腔癌的发病关联已被广泛关注，但其分子机制尚未明确。本项目聚焦铁死亡与细胞外基质（ECM）重塑的协同作用，首次提出“铁死亡-ECM降解轴”驱动牙周炎向口腔癌转化的创新假说。研究通过整合多组学分析（差异基因筛选、WGCNA共表达模块构建、PPI网络拓扑学挖掘），从GSE10334（牙周炎）、GSE74530和GSE138206（口腔癌）数据集中筛选出271个跨疾病串扰基因，与389个铁死亡相关基因取交集，锁定NCF2、MMP13、CD44等6个核心枢纽基因。功能富集分析表明，这些基因显著参与超氧化物代谢、ECM降解及铁死亡通路调控。进一步通过转录组与临床样本验证关键基因功能；口腔癌细胞（CAL27）siRNA敲低关键基因，利用qRT-PCR、划痕实验及ELISA技术证实关键基因对ECM重塑及肿瘤迁移的调控作用；基于天然化合物的靶向药物筛选，揭示其通过抑制关键基因逆转癌变进程。本项目创新性结合“计算预测-实验验证”闭环策略，旨在阐明牙周炎经铁死亡通路促进口腔癌变的分子机制，为早期诊断和靶向治疗提供新靶点，具有重要科学价值与临床转化能力。
1.第十届山东省大学生科技创新大赛校赛三等奖
2.2024年大学生创新创业训练计划项目立项
3.第八届大学生基础医学创新实验大赛校赛二等奖
1.山东省医药科技卫生项目青年基金，CD47 抗体修饰双靶向巨噬细胞抗 HPV+HNSC 的分子机制研究，202408050815，5万，在研，主持。
2.济宁医学院博士科研基金，TCR+巨噬细胞治疗HPV阳性头颈癌作用及机制研究，2023-6001，38万，在研，主持。
指导学生自主完成创新性研究项目设计、研究项目实施、研究报告撰写、成果交流等工作。
省级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
宋银怡 口腔医学院 口腔医学（本科） 2023 生物信息学分析
薛帆 口腔医学院 口腔医学（本科） 2023 生物学实验验证
孙怡飞 口腔医学院 口腔医学（本科） 2024 文献检索及数据汇总
杨晞琳 口腔医学院 口腔医学（本科） 2023 文献检索及数据汇总

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
姜佑荣 口腔医学院 否
杨广伟 口腔医学院 否

立项依据

       牙周炎是口腔常见慢性炎症性疾病，长期炎症刺激可显著增加口腔癌（尤其是口腔鳞癌）的发病风险，但二者关联的具体分子机制尚不明确。铁死亡是近年来发现的一种新型细胞死亡方式，其核心特征是铁离子蓄积引发的脂质过氧化损伤。研究表明，铁死亡不仅参与肿瘤发生发展，还与慢性炎症微环境密切相关，但它在牙周炎促进口腔癌进展中的调控作用仍属空白。
       本项目聚焦铁死亡与细胞外基质（extracellular matrix ，ECM）重塑的协同作用，首次提出“铁死亡-ECM降解轴”驱动牙周炎促进口腔癌进展的创新假说。基于生物信息学与实验验证相结合的策略，首先，利用GEO数据库牙周炎与口腔癌基因表达数据，经预处理后，筛选差异表达基因并取交集获得串扰基因。通过GO/KEGG富集分析、PPI网络及WGCNA共表达分析，构建基因互作网络，并与铁死亡基因集取交集，定位牙周炎-口腔癌-铁死亡的共有核心基因，揭示其通过细胞外基质重塑促进肿瘤进展的机制。最终通过转录组分析、预后分析结合细胞实验（qRT-PCR）验证关键基因的功能，并筛选天然靶向药物进行基因调控及细胞毒性实验，评估其治疗潜力。本项目旨在阐明牙周炎经铁死亡通路促进口腔癌进展的分子机制，并为早期干预提供理论依据和潜在治疗策略。
1.利用生物信息学进行关键基因筛选及机制解析（已完成）
(1)数据获取与预处理：项目组从 GEO 数据库获取牙周炎（GSE10334，183例疾病及64例正常牙龈样本）及口腔癌（GSE74530、GSE138206，共18例口腔癌组织样本及12例正常组织样本）数据集，通过R语言limma包的normalizeBetweenArrays函数进行分位数标准化，结合主成分分析（PCA）验证批次效应消除效果，并将探针ID转换为标准基因符号，确保后续差异表达分析可靠性。
(2)差异基因筛选：通过GeO2R识别牙周炎（|log2FC|≥0.5, P<0.05）与口腔癌（|log2FC|≥1, P<0.05）差异表达基因（DEGs），火山图可视化筛选结果。通过数据处理，共识别出2035个牙周炎DEGs，口腔癌GSE74530数据集2508个DEGs，口腔癌GSE138206数据集1412个DEGs。通过韦恩图取交集得到 271 个在两种疾病中共同表达的基因，共同的DEGs基因被鉴定为牙周炎和口腔癌的串扰基因。
(3)功能与通路富集分析：利用DAVID数据库进行GO/KEGG富集分析“细胞外基质降解”与“铁死亡调控”相关结果呈现显著富集特征，且“细胞外基质重塑”为核心通路。用气泡图和柱状图等将其可视化。铁死亡作为一种新型程序性细胞死亡方式，可能通过调控ECM重塑介导炎症微环境向肿瘤微环境的转化。
(4)多组学整合与靶点锁定：项目组通过整合牙周炎与口腔癌的跨疾病分子互作网络及铁死亡调控通路，系统解析炎症-癌恶性进展机制。首先，基于STRING数据库构建271个串扰基因的蛋白互作网络（PPI，Score≥0.4），筛选出包含162个节点与636条边的核心互作框架，经Cytoscape（v3.10.3）可视化该结果；结合FerrDb铁死亡基因集（389个铁死亡相关基因，包括驱动因子、抑制因子和标记因子），利用加权基因共表达网络（WGCNA）构建共表达模块，通过动态剪切与表型关联分析（p<0.05）锁定疾病相关核心模块，并筛选模块内高连通性基因（kME>0.8）。进一步整合PPI枢纽基因与WGCNA模块核心基因，鉴定同时参与互作网络与共表达调控的候选靶点。最终，通过韦恩图交叉分析牙周炎-口腔癌串扰基因与铁死亡基因集，明确6个核心基因（NCF2、MMP13、DUOX1、PANX1、ALDH3A2、CD44），锁定铁死亡通路介导两疾病交互的核心靶点，揭示其通过协同调控铁死亡通路与ECM重塑驱动炎症恶性进展的分子桥梁，为靶向药物干预提供理论依据。
(5)铁死亡在牙周炎和口腔癌ECM重塑机制解析：通过DAVID数据库对6个核心基因进行GO/KEGG富集分析，精准锁定与铁死亡相关及细胞外重塑的通路有关，证实6个铁死亡基因在细胞外基质重塑中扮演重要作用。
 2.关键基因功能的多维度实验验证
       为了验证候选基因对ECM重塑及肿瘤恶性表型的调控作用，首先通过转录组分析和预后分析验证6个核心基因的表达和重要作用。
(1)转录组验证：通过小提琴图定量表征6个关键基因在牙周炎与口腔癌组织中的表达分布密度、中位数差异及组间离散度，揭示6个关键基因在两种疾病间的差异表达特征。
(2)预后分析：进一步结合临床预后验证，项目组基于TIMER 2.0的TCGA-HNSC队列，采用Cox回归校正临床混杂因素后，通过Kaplan-Meier曲线及Log-rank检验揭示MMP13（HR=1.82, 95%CI=1.24-2.67, p=0.003）、CD44等高表达组与不良预后显著相关（HR>1且p<0.05），证实其作为牙周炎促进口腔癌进展及铁死亡调控的双功能标记物价值。
(3)临床样本验证：收集 30 例牙周炎患者的口腔拭子样本和口腔癌临床组织样本，采用SYBR Green实时荧光定量PCR技术检测6个关键基因的表达水平。
(4)细胞功能实验：针对筛选关键基因，委托生工生物进行 siRNA 的设计与合成通过脂质体转染法，将合成的 siRNA 导入 CAL27 细胞中，有效敲低铁死亡关键基因的表达。利用CCK-8试剂盒动态监测细胞增殖活性，通过吸光度值绘制生长曲线；采用划痕实验评估细胞迁移能力，结合ImageJ软件量化划痕愈合率；同时，通过ELISA技术检测培养基中MMP-9浓度，直接反映细胞外基质（ECM）降解程度。
3.靶向药物初步筛选与调控机制研究
       本研究基于铁死亡通路核心靶点（NCF2、MMP13、DUOX1、PANX1、ALDH3A2、CD44），筛选天然化合物构建口腔癌多靶点干预体系，评估其逆转恶性进展的潜力。选择靶向前期实验筛选的靶点的天然药物，姜黄素：抑制MMP13表达（AMPK-MAPK通路拮抗）；槲皮素纳米颗粒：调控DUOX1介导的氧化损伤（TGF-β/NOX通路抑制）；透明质酸寡糖：竞争性结合CD44受体，阻断肿瘤迁移。实验方案：将 CAL27 细胞分为对照组、姜黄素组、槲皮素组以及透明质酸寡糖组，每组设置6个复孔以保证实验结果的准确性。药物处理时间为 48 小时，采用 CCK - 8 试剂盒评估药物对细胞的毒性。运用 qPCR 和Western Blot技术检测目标基因表达变化，同时通过划痕实验来观察细胞迁移能力变化，评估天然药物抑制ECM重塑及铁死亡通路对口腔癌进展的协同阻断效果。
       1.牙周炎与口腔癌发生密切关联
       牙周炎是由牙菌斑生物膜介导的慢性炎症性疾病，其病理特征表现为牙槽骨吸收、牙周袋形成及进行性附着丧失，最终导致牙齿松动脱落[1]。其发生发展与宿主的免疫炎症反应密切相关，组织破坏的程度通常与牙菌斑量、宿主防御能力及危险因素相关[2]。牙周炎与心血管疾病[3]、中风[4]和II型糖尿病[5]、阿尔兹海默症[6]等密切相关。更为关键的是，长期牙周炎导致的慢性炎症会持续刺激口腔黏膜，促进口腔癌进展提供重要病理基础。口腔癌是全球第六大常见癌症，也是口腔颌面部最常见的恶性肿瘤,其类型以口腔鳞状细胞癌为主[7]，其发病部位涵盖颊粘膜、口底、舌前部、牙槽嵴、磨牙后三角、硬腭和唇内部分等[8]。流行病学数据显示，全球口腔鳞状细胞癌患者五年生存率仍不足50%[9]，且其发病率和死亡率呈年轻化上升趋势，已成为全球性的主要公共卫生问题。牙周炎患者罹患口腔癌的风险显著升高，但其分子机制尚未完全阐明。目前主流观点认为，牙周炎通过以下途径参与恶性进展：
①　炎症介质驱动：牙周致病菌（如牙龈卟啉单胞菌）激活NF-κB通路，促进IL-6、TNF-α等促炎因子释放，诱导上皮细胞恶性转化。
②　氧化应激积累：慢性炎症导致活性氧（ROS）过度生成，引发DNA损伤和基因组不稳定性[10]。
③　微生物-宿主互作：牙菌斑生物膜通过毒力因子（如牙龈蛋白酶）直接干扰宿主细胞信号传导[11]。
尽管上述机制已被部分揭示，但牙周炎如何通过特定分子网络调控口腔癌进展仍缺乏系统性研究。本实验通过深入研究牙周炎与口腔癌中的关键串扰基因和信号通路，为探索牙周炎促进口腔癌进展的机制提供了新的见解，并为口腔癌的早期诊断和治疗提供新的思路和潜在治疗靶点药物。
       2.ECM重塑在牙周炎与口腔癌疾病恶性进展中的核心作用
       细胞外基质是由蛋白质和糖链构成的动态网络，不仅为细胞提供物理支持，还可通过调控细胞行为参与多种生理病理过程[12]。在牙周炎和口腔癌的发病机制研究中，ECM 异常降解与重塑是关键环节，亦是共同特征。牙周炎发生时，体内的基质金属蛋白酶（MMPs）活性增加，导致ECM中的胶原、蛋白多糖等成分被降解进而引发骨吸收，破坏牙周组织的正常结构[13]。而在口腔癌中，ECM主要通过重塑肿瘤微环境促进癌细胞增殖、侵袭及转移：肿瘤细胞通过分泌水解酶（如MMPs）破坏基底膜及ECM结构，为细胞迁移提供物理通道[14]；ECM降解产物可被肿瘤细胞代谢利用，其释放的生物活性信号分子通过肿瘤介导的重编程激活促增殖信号通路，驱动肿瘤恶性进展[14]。此外，癌相关成纤维细胞分泌赖氨酰氧化酶（LOX）介导ECM胶原/弹性蛋白交联，导致基质硬化，通过激活FAK磷酸化信号通路，驱动肿瘤细胞形态重塑和侵袭，形成促癌恶性循环[15]；本项目通过预实验分析牙周炎和口腔癌的转录组数据，利用牙周炎和口腔癌的串扰基因GO和KEGG富集分析证明，牙周炎和口腔癌共病串扰机制与ECM重塑和降解有关（图1-2）。这提示ECM重塑在牙周炎与口腔癌疾病共病机制中具有核心作用。
       3.铁死亡通过调节ECM重塑介导牙周炎促进口腔癌恶性进展
       铁死亡是一种由铁代谢失衡引发脂质过氧化的新型细胞死亡方式，其核心机制涉及谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）失活和脂质ROS蓄积。近年研究证实：在肿瘤中，铁死亡可通过诱导肿瘤细胞死亡或调控肿瘤微环境发挥双重作用。例如，铁死亡诱导剂（如RSL3）与放疗联用时，通过释放游离铁离子和ROS激活远隔效应，激活系统性抗肿瘤免疫并靶向耐药细胞，同时p53等抑癌基因抑制胱氨酸 / 谷氨酸反向转运体SLC7A11功能导致谷胱甘肽耗竭和脂质过氧化，选择性杀伤肿瘤细胞[16]。然而，转铁蛋白受体TfR1-IRP-IRE轴失调导致铁代谢失衡[16]，通过Fenton反应介导活性氧（ROS）生成，引发脂质过氧化和DNA损伤，亦可能促进肿瘤增殖与转移[17]。在炎症中：慢性炎症微环境（如牙周炎）牙龈卟啉单胞菌的脂多糖通过诱导线粒体功能障碍和ROS增加，破坏铁稳态引发铁超载，进而激活铁死亡通路。此外，在牙周炎中，铁死亡释放的损伤相关分子模式（DAMPs）激活免疫细胞引发炎症；而持续的炎症微环境通过上调铁摄取受体（如TFR1）和抑制抗氧化通路，加剧铁超载及脂质过氧化，形成“铁死亡-炎症”恶性循环[18]。然而，铁死亡如何介导牙周炎促进口腔癌恶性进展的分子桥梁（如ECM重塑）仍属空白。
       据报道铁死亡相关基因（如GPX4）会改变细胞外基质成分和相关酶的活性，通过调控脂质过氧化及氧化应激水平导致ECM降解和重塑[16]，为肿瘤细胞增殖、侵袭创造有利条件；另一方面，ECM重塑与口腔癌的淋巴结转移及免疫抑制微环境密切相关[19]。且铁死亡过程中，脂质过氧化和ROS的积累可激活MMPs（如MMP13），进一步破坏ECM结构[20]。为了探究铁死亡在牙周炎向口腔癌恶性进展中ECM重塑作用，本项目通过将牙周炎与口腔癌疾病串扰基因与铁死亡相关基因取交集，得到NCF2、MMP13、DUOX1、PANX1、ALDH3A2、CD44这6个核心作用基因，在通路富集结果显示6个铁死亡核心基因确实与ECM重塑有关（图3）。综上所述，本项目通过文献调研和预实验分析证明这6个铁死亡核心基因在调节ECM重塑促进牙周炎加重口腔癌疾病恶性进展具有重要作用。
       基于预实验分析结果，本项目提出以下假设：铁死亡相关基因通过调节ECM重塑介导牙周炎促进口腔癌疾病恶性进展。为验证此科学假说，我们通过生物信息学分析与实验验证相结合的策略，系统探究牙周炎通过铁死亡通路影响口腔癌的潜在机制。最终通过转录组分析、预后分析结合细胞实验（qRT-PCR）验证关键基因的功能，并筛选天然靶向药物进行基因调控及细胞毒性等实验，评估药物逆转恶性进展的潜力。本研究有望阐明牙周炎经铁死亡通路促进口腔癌进展的分子机制，为牙周炎相关口腔癌变的早期诊断及靶向治疗策略提供理论依据，并揭示潜在治疗靶点，具有重要科学价值与临床转化潜力。
summernote-img
     图1.本研究科学假说图。铁死亡相关基因通过调节ECM重塑介导牙周炎促进口腔癌疾病恶性进展。（本图由项目申请人绘制）
     [参考文献]
[1] Tonetti, M.S., H. Greenwell, and K.S. Kornman, Staging and grading of periodontitis: Framework and proposal of a new classification and case definition. J Periodontol, 2018. 89 Suppl 1: p. S159-S172.
[2] Xu, X.W., et al., Roles of Immune Cells and Mechanisms of Immune Responses in Periodontitis. Chin J Dent Res, 2021. 24(4): p. 219-230.
[3] Sanz, M., et al., Periodontitis and cardiovascular diseases: Consensus report. J Clin Periodontol, 2020. 47(3): p. 268-288.
[4] Ma, C., et al., Periodontitis and stroke: A Mendelian randomization study. Brain Behav, 2023. 13(2): p. e2888.
[5] Liu, J., et al., Exosomes derived from impaired liver aggravate alveolar bone loss via shuttle of Fasn in type 2 diabetes mellitus. Bioact Mater, 2024. 33: p. 85-99.
[6] Ye, W., et al., Periodontitis associated with brain function impairment in middle-aged and elderly individuals with normal cognition. J Periodontol, 2024.
[7] Sung, H., et al., Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA Cancer J Clin, 2021. 71(3): p. 209-249.
[8] Chamoli, A., et al., Overview of oral cavity squamous cell carcinoma: Risk factors, mechanisms, and diagnostics. Oral Oncol, 2021. 121: p. 105451.
[9] Saikia, P.J., et al., The emerging role of oral microbiota in oral cancer initiation, progression and stemness. Front Immunol, 2023. 14: p. 1198269.
[10] Chen, A., et al., ROS: A "booster" for chronic inflammation and tumor metastasis. Biochim Biophys Acta Rev Cancer, 2024. 1879(6): p. 189175.
[11] Hocevar, K., J. Potempa, and B. Turk, Host cell-surface proteins as substrates of gingipains, the main proteases of Porphyromonas gingivalis. Biol Chem, 2018. 399(12): p. 1353-1361.
[12] Theocharis, A.D., et al., Extracellular matrix structure. Adv Drug Deliv Rev, 2016. 97: p. 4-27.
[13] Checchi, V., et al., The Role of Matrix Metalloproteinases in Periodontal Disease. Int J Environ Res Public Health, 2020. 17(14).
[14] Patankar, S.R., et al., Extracellular matrix in oral squamous cell carcinoma: Friend or foe? Indian J Dent Res, 2016. 27(2): p. 184-9.
[15] Zhang, J.Y., et al., Cancer-associated fibroblasts promote oral squamous cell carcinoma progression through LOX-mediated matrix stiffness. J Transl Med, 2021. 19(1): p. 513.
[16] Berndt, C., et al., Ferroptosis in health and disease. Redox Biol, 2024. 75: p. 103211.
[17] Chen, X., et al., Ferroptosis: machinery and regulation. Autophagy, 2021. 17(9): p. 2054-2081.
[18] Mao, H., et al., Ferroptosis as an emerging target in inflammatory diseases. Prog Biophys Mol Biol, 2020. 155: p. 20-28.
[19] Liu, Y., et al., Proteogenomic characterisation of primary oral cancer unveils extracellular matrix remodelling and immunosuppressive microenvironment linked to lymph node metastasis. Clin Transl Med, 2025. 15(3): p. e70261.
[20] Zhang, F., et al., Current insights into the functional roles of ferroptosis in musculoskeletal diseases and therapeutic implications. Front Cell Dev Biol, 2023. 11: p. 1112751.
1.创新点
      本项目选题比较新颖，通从全新视角探究疾病间的潜在联系和作用机制，过跨疾病机制研究，首次提出牙周炎通过铁死亡通路协同调控ECM重塑，加速口腔癌进展的新机制。此外，本研究创新性整合生物信息学分析与多维度实验验证，形成“计算预测-实验验证”闭环体系。基于差异基因、WGCNA和PPI等多组学分析，精准筛选出口腔癌与牙周炎共病机制中铁死亡通路的关键标志物及互作网络；通过转录组分析、预后分析、细胞实验验证靶点功能，构建完整证据链。为口腔癌早期诊断和靶向药物治疗提供新策略，具有显著临床转化价值。
2. 项目特色
(1）选题新颖，本项目首次聚焦牙周炎作为促癌因素的病理作用，揭示其通过铁死亡-ECM轴加速口腔癌恶性进展的独特机制。该治疗机制的工作思路属于认知创新，本研究为口腔癌治疗提供了理论支持，开拓了临床新思路，是创新性解决该问题的实践探索。
(2）研究方案创新性强、实验设计严谨：采用“多维度整合-分层验证”的创新路径，利用生物信息学分析手段进行差异基因筛选、WGCNA模块化分析及PPI网络拓扑学特征挖掘，精准定位铁死亡通路关键调控节点，在后期通过转录组分析、预后分析、细胞实验验证靶基因功能，使得研究结果更具科学性、准确性。
(3）明确的临床应用导向：本项目旨在筛选出牙周炎共病口腔癌的潜在治疗靶点并筛选靶向药物，研究成果有望为口腔癌的早期诊断、精准治疗及预防提供理论依据和新的治疗思路，具有重要的临床转化价值，能够切实改善口腔疾病患者的诊疗现状。
1.技术路线
summernote-img
2.拟解决的问题
(1）跨疾病核心基因的精准锁定：整合牙周炎与口腔癌的基因数据，结合差异分析、串扰基因筛选及WGCNA、PPI网络分析，揭示核心基因通过"铁死亡-ECM降解轴"介导炎症恶性进展的协同调控机制。
(2）机制验证与功能解析：通过转录组分析和预后分析，结合临床样本和细胞实验评估核心基因对细胞迁移、ECM降解及恶性表型的调控作用，阐明核心基因在炎症-癌恶性进展中的功能。
(3）多靶点干预策略的开发：基于核心基因筛选天然化合物，通过毒性评估、基因表达调控及迁移抑制实验，结合ECM降解标志物检测，验证“抑制ECM重塑+拮抗铁死亡”的协同抗肿瘤效果，为多靶点治疗策略提供依据。
3.预期成果
(1）本研究预期研究结果有：
1)明确牙周炎和口腔癌的差异表达基因。
2)明确牙周炎与口腔癌的串扰基因，并通过富集分析探索其功能及相关通路。
3)明确牙周炎通过铁死亡通路协同调控ECM重塑，加速口腔癌进展的核心基因及信号通路。
4)筛选出能够显著调控关键基因表达的靶向药物，验证其抑制口腔癌进展的治疗潜力。
(2）提供成果的形式：本项目为应用基础理论研究，因此提供成果的主要形式是论文。基于研究结果撰写高质量学术论文，积极投稿至中文核心期刊发表，提升项目的学术影响力。
1.2025年6月——2025年11月
       绘制6个关键基因的小提琴图，量化其在牙周炎与口腔癌中的表达差异。同步开展预后分析，基于TIMER 2.0的TCGA-HNSC队列构建Kaplan-Meier生存曲线，计算风险比（HR），明确MMP13、CD44等高表达与患者不良预后的关联。同时，设计siRNA敲低实验的转染参数和药物浓度梯度，形成标准化实验方案。
2.2025年12月——2026年4月
       收集30例牙周炎患者口腔拭子及口腔癌组织样本。采用SYBR Green qPCR技术检测6个基因的表达水平，结合t检验验证组间差异（p<0.05），生成相关图可视化临床样本中的基因表达特征。
3.2026年5月——2026年9月
       针对筛选关键基因，委托生工生物进行 siRNA 的设计与合成通过脂质体转染法，将合成的 siRNA 导入 CAL27 细胞中，有效敲低铁死亡关键基因的表达。利用CCK-8试剂盒动态监测细胞增殖活性，通过吸光度值绘制生长曲线；采用划痕实验评估细胞迁移能力，结合ImageJ软件量化划痕愈合率；同时，通过ELISA技术检测培养基中MMP-9浓度以评估细胞外基质（ECM）降解程度。
4.2026年9月——2027年1月
       筛选天然化合物（姜黄素、槲皮素、透明质酸寡糖），测试不同浓度梯度对CAL27细胞的毒性，采用 CCK - 8 试剂盒评估药物对细胞的毒性。通过qPCR和Western Blot验证药物对靶基因（MMP13、DUOX1、CD44）表达的调控效应，结合划痕实验评估迁移抑制效果。
5.2027年2月——2027年6月
       整合转录组、临床样本及实验数据，利用构建“基因-通路-药物”调控网络，系统解析铁死亡介导ECM重塑的分子机制。完成论文撰写，同步申请专利。
      1.与本项目有关的研究积累
       为揭示牙周炎协同铁死亡调控ECM重塑促进口腔癌进展的分子机制，项目组采用生物信息学整合分析策略，利用牙周炎与口腔癌转录组数据进行差异分析，筛选出271个跨疾病串扰基因，发现其功能富集显著关联ECM重塑与降解通路，提示牙周炎与口腔癌共病机制的核心靶向路径。进一步结合铁死亡相关基因筛选，经WGCNA共表达模块构建及PPI网络拓扑学分析，锁定NCF2、MMP13、DUOX1、PANX1、ALDH3A2、CD44这6个核心基因。GO/KEGG分析显示，核心基因显著参与超氧化物代谢、ECM降解及铁死亡通路调控，揭示其通过“铁死亡-ECM降解轴”驱动炎症恶性进展的潜在机制。基于前期系统性研究基础，现将本项目研究工作积累和取得的成果阐述如下：
       (1)牙周炎和口腔癌的串扰基因研究
       基于GEO数据库获取牙周炎（GSE10334）与口腔癌(GSE138206、GSE74530)的基因数据集。通过GeO2R识别牙周炎（|log2FC|≥0.5, P<0.05）与口腔癌（|log2FC|≥1, P<0.05）差异表达基因（DEGs）。共识别出2035个牙周炎DEGs，口腔癌GSE74530数据集2508个DEGs，口腔癌GSE138206数据集1412个DEGs，火山图可视化筛选结果（图2A-C）。通过韦恩图取交集得到 271 个在两种疾病中共同表达的基因（图2D），共同的DEGs基因被鉴定为牙周炎和口腔癌的串扰基因。
summernote-img
       图 2.火山图和维恩图。（A）GSE138206火山图;（B）GSE74530火山图;（C）GSE10334火山图;上调的基因用红色标记,下调的基因用蓝色标记;（D）来自三个数据集的串扰基因的维恩图。
       (2)ECM重塑在牙周炎与口腔癌疾病共病机制中具有核心作用
       使用David对串扰基因进行了GO和KEGG通路富集分析。对于GO分析，BP富集核心聚焦于ECM动态重塑和免疫细胞迁移调控相关生理过程（图3A）；CC富集于ECM结构、细胞膜动态及分泌运输相关组分（图3B)；MF富集于ECM结构调控、蛋白水解酶活性及炎症信号介导(图3C)。综合反映ECM动态重塑可能是口腔癌和牙周炎的核心机制。
对于KEGG分析，富集结果以 免疫炎症（IL-17/NF-κB） 和 代谢重编程（泛酸/丙酮酸） 为主，提示炎症微环境与代谢异常协同驱动牙周炎及口腔癌进展（图3D-F）。
summernote-img
       图 3. 串扰基因的功能和通路富集分析。（A）BP富集柱状图;（B）CC富集柱状图;（C）MF富集柱状图;（D-F）KEGG富集气泡图、弦图、网络图。
      (3)铁死亡通过调节ECM重塑介导牙周炎促进口腔癌恶性进展
       基于271个跨疾病串扰基因与389个铁死亡相关基因（FRGs）通过韦恩图取交集分析，筛选出6个核心基因NCF2、MMP13、DUOX1、PANX1、ALDH3A2、CD44（图4A）。通过DAVID数据库对6个核心基因进行GO/KEGG富集分析（图4B、4C），该富集分析结果显示核心基因在超氧化物代谢相关的生物过程、细胞组分和分子功能上有显著特征，同时涉及细胞外基质、发育、代谢等多个方面。
summernote-img
      图 4. 关键基因的维恩图和富集分析。（A） 通过venn图鉴定出6个关键基因;（B） 关键基因的GO富集分析柱状图;（C） 关键基因的KEGG富集分析气泡图。
       2.已取得的成绩
      【已发表的文章】
1)Shiyang Zhao,Xichen Liu,Qingsen Wang,Shudong Xiao,Wanting Wang,Xinyue Dong,Yourong Jiang, Wen Wu. Dietary factors and oral cancer risk: a comprehensive Mendelian randomization analysis in a European population.2025.16;16(1):540.(IF:2.8)
2)Shiyang Zhao, Shudong Xiao,Wanting Wang, Xinyue Dong, Xichen Liu,Qingsc Wang, Yourong Jiang*, Wen Wu*. Network pharmacology and transeriptomics reveal themechanisms of FFBZl in the treatment of oral squamous cell carcinoma, Front Pharmacol. 2024.11:15:1405596. (IF:4.4)
3)Yourong Jiang, Siwei Zhang, Lu Tang, Rui Li, Jinglei Zhai, Suisui Luo,Yima Peng, Xiaohang Chen,and Lanlan Wei. Single-cell RNA sequeneing reveals TCR+ macrophages in HPV-related head and neck squamous cell carcinoma. Front Immunol. 2022.13:1030222. (IF:8.37)
4)姜佑荣，贾立敏，贺志金，郑金华. 手术切除荷瘤淋巴结对小鼠肺组织内CD45+、CD68+、CD163+和 CD11b+免疫细胞表达的影响.现代肿瘤医学.2021,29(02).
5)贺志金，贾立敏，吕岩红，董国刚，姜佑荣，郑金华. 切除鼠荷瘤淋巴结对肺内跨内皮迁移相关分子CCL4、ICAM-1和VCAM-1表达的影响. 细胞与分子免疫学杂志.2020,36(08).
      【已获批立项】
       山东省医药科技卫生项目青年基金1项
      1.已具备的条件：
       （1）立项依据充分
       本项目团队前期打下了扎实根基，熟练驾驭生物信息学分析技能，能够精准地从 GEO 数据库获取并高效处理牙周炎与口腔癌相关数据，有条不紊地完成关键基因筛选流程。在实验实操领域，团队成员精通转录组分析、预后分析以及细胞功能实验技术，例如，精准运用 qRT - PCR 技术检测基因表达情况，凭借 CCK - 8 试剂盒监测细胞增殖动态等。此外，团队还对天然药物特性有着深入认知，为后续靶向药物筛选工作筑牢了前期基础，有力保障了项目的顺利推进。
       （2）实验技术方法成熟，人员配备合理
       在实验技术方法维度，项目团队已臻成熟。团队成员前期通过广泛深入地研读文献资料，并展开多次研讨交流，深度探寻牙周炎、口腔癌与铁死亡之间的内在关联。一方面，他们具备扎实的生物信息学分析功底，熟练掌握 R 语言等专业工具；另一方面，在细胞生物学实验实践中积累了丰富经验，能够娴熟操作 qRT - PCR 仪、蛋白电泳仪等关键实验设备，为项目从理论设想迈向实践验证构筑了坚实桥梁。从人员配备视角审视，优势显著。项目小组成员均来自口腔医学院，学业成绩优异且学习态度积极主动，前期通过大量学习与交流，积累了深厚的理论知识储备，经反复研讨确定的实验思路科学合理、切实可行。团队成员累计，2 人获第十届山东省大学生科技创新大赛校赛三等奖，2 人在 2024 年大学生创新创业训练计划项目立项，2 人获第八届大学生基础医学创新实验大赛校赛二等奖。指导老师正主持山东省医药科技卫生项目青年基金《CD47 抗体修饰双靶向巨噬细胞抗 HPV + HNSC 的分子机制研究》、济宁医学院博士科研基金《TCR+巨噬细胞治疗HPV阳性头颈癌作用及机制研究》，为项目保驾护航。
      （3）研究条件完备
       项目组所在的口腔医学实验室设施齐全，配备了细胞培养箱、离心机、PCR 仪等基础实验设备，完全能够满足细胞培养、基因表达检测等各类实验的硬件需求。与此同时，学校图书馆资源丰富，不仅藏有海量的中英文文献资料，还开放了多种生物信息学数据库的访问权限，为本项目的研究提供了坚实的数据支撑与文献保障。
      2.缺少的条件：
       本项目所需的全部实验条件及方法均可依托现有实验室得以满足，目前暂无欠缺条件。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 无 6000.00 14000.00
1. 业务费 12600.00 无 6000.00 6600.00
（1）计算、分析、测试费 7000.00 数据分析 5500.00 1500.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 600.00 文献检索 500.00 100.00
（5）论文出版费 5000.00 版面费 0.00 5000.00
2. 仪器设备购置费 1400.00 仪器购置 0.00 1400.00
3. 实验装置试制费 4000.00 实验装置费 0.00 4000.00
4. 材料费 2000.00 实验材料费用 0.00 2000.00
结束

用户单位： 济宁医学院        

版权所有： 南京先极科技有限公司        

访问量：0001176292