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美国国家科学院院刊。2013年2月26日；110(9): 3507–3512.
2013年2月11日在线发布。 数字对象标识：10.1073/pnas.1222878110
预防性维修识别码：下午3587220
PMID：23401516

小鼠模型中的基因组反应与人类炎症疾病的模拟性较差

Junhee Seok先生，a、，1 H.肖·沃伦，b、，1 亚历克斯·G·昆卡，c、，1 迈克尔·N·明德里诺斯，一 亨利·V·贝克，c（c） 徐伟宏，一 丹尼尔·理查兹，d日 格雷斯·麦克唐纳德·史密斯，e（电子） 洪高，一 劳拉·亨尼西，（f） 塞莱斯特·芬纳蒂，克 塞西莉亚·洛佩斯，c（c） 谢里·霍纳里，（f） 欧内斯特·E·摩尔，小时 约瑟夫·米尼，我 约瑟夫·库希埃里，j个 保罗·班奇，k个 杰弗里·约翰逊，小时 杰森·斯佩里，我 艾弗里·本森斯，米 蒂莫西·比利尔，我 迈克尔·韦斯特，n个 马克·杰斯克，o个 马修·克莱恩，j个 理查德·加梅利，第页 妮科尔·纪伯伦，j个 伯纳德·H·布朗斯坦，q个 卡罗尔·米勒·格拉齐亚诺，k个 史蒂夫·卡尔瓦诺，第页 菲利普·梅森，e（电子） J.佩伦·科布，秒 劳伦斯·G·拉姆，t吨 斯蒂芬·劳里，第页，共页，2 罗纳德·V·迈尔，j个 莱尔·L·莫尔达沃，c（c） 大卫·N·赫恩登，克 罗纳德·戴维斯，a、，三 肖文忠，a、，t处，三 罗纳德·汤普金斯，t处，三以及炎症和宿主对损伤的反应，大规模合作研究计划4
一斯坦福大学斯坦福基因组技术中心，加利福尼亚州帕洛阿尔托，94305；
部门b条儿科与医学，
秒麻醉学和危重病护理医学，以及
t吨马萨诸塞州波士顿哈佛医学院马萨诸塞总医院外科，邮编02114；
c（c）佛罗里达大学医学院外科，佛罗里达州盖恩斯维尔，邮编32610；
d日Ingenuity Inc.，加利福尼亚州红木市，邮编94063；
e（电子）马萨诸塞州波士顿总医院外科，马萨诸塞，02114；
（f）华盛顿州西雅图Harborview医疗中心外科，98195；
克德克萨斯州加尔维斯顿市德克萨斯大学医学分院Shriners儿童医院和外科，77550-1220；
小时科罗拉多大学安舒茨医学院外科，科罗拉多州丹佛，80045；
我德克萨斯大学帕克兰纪念医院外科，德克萨斯州达拉斯西南医学中心，75390；
j个华盛顿大学医学院Harborview医学中心外科，西雅图，华盛顿州，98195；
k个纽约罗切斯特大学医学院外科，罗切斯特，14642；
我宾夕法尼亚州匹兹堡大学长老会大学医院匹兹堡医学中心外科，15213；
米加拿大安大略省多伦多市多伦多大学圣米歇尔医院外科，M5B 1W8；
n个加利福尼亚大学旧金山总医院外科，加利福尼亚州旧金山，94143；
o个加拿大安大略省多伦多市多伦多大学外科整形与重建外科，M4N 3M5；
第页伊利诺伊州芝加哥洛约拉大学斯特里奇医学院外科，60153；
q个密苏里州圣路易斯市华盛顿大学医学院麻醉学系，63110；和
第页新泽西州新不伦瑞克市罗伯特·伍德·约翰逊医学院医学与牙科大学外科，08903
阿默尔·阿布哈姆泽，尤利西斯·G·J·巴利斯，大卫·G·坎普，II，Asit K.De公司，布莱恩·哈布雷希特，道格拉斯·海登，阿米特·考沙尔，格兰特·奥基夫，肯尼斯·T·科茨，钱伟军，大卫·A·舍恩菲尔德，迈克尔·夏皮罗，杰弗里·西尔弗，理查德·史密斯，约翰·D·斯托里，罗伯特·蒂施莱尼，Mehmet碳粉，朱莉·威廉，Bram Wispelwey公司、和王永浩（Wing H Wong）
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补充资料

摘要

现代生物医学研究的一个基石是使用小鼠模型来探索基本的病理生理机制，评估新的治疗方法，并做出决定是否将新的候选药物带入临床试验。评估小鼠模型模拟人类炎症疾病的效果的系统性研究尚不存在。这里，我们表明，尽管来自不同病因的急性炎症应激导致人类的基因组反应高度相似，但相应小鼠模型中的反应与人类条件以及彼此之间的相关性很差。在人类中发生显著变化的基因中，小鼠同源基因与人类同源基因（例如。，R（右）2介于0.0和0.1之间）。除了改进目前的动物模型系统外，我们的研究支持更高优先级的转化医学研究，将重点放在更复杂的人类条件上，而不是依赖小鼠模型来研究人类炎症疾病。

关键词：人类疾病、转化医学、炎症、免疫反应、损伤

近几十年来，小鼠模型被广泛用于识别和测试后续人体试验的候选药物(1–三). 然而，这些人体试验很少取得成功(4–7). 炎症领域的试验成功率甚至更差，炎症是许多人类疾病的一种症状。迄今为止，已有近150项临床试验测试用于阻断危重患者炎症反应的候选药物，但每一项试验都失败了(8–11). 尽管有评论质疑过度依赖动物系统来模拟人类免疫学的优点(三，12，13)在缺乏系统证据的情况下，调查人员和公共监管机构认为动物研究的结果反映了人类疾病。迄今为止，还没有研究在分子基础上系统评估小鼠临床模型在患者中模拟人类炎症疾病的程度。

炎症和宿主对损伤的反应，大规模合作研究计划已经完成了关于患者和人类志愿者以及小鼠模型对全身炎症的基因组反应的多项研究(14–18). 这些数据集包括167名严重钝性创伤后28天内连续抽血患者白细胞的全基因组表达分析(15)244名烧伤后1年内的患者和4名健康人服用低剂量细菌内毒素后24小时(14)以及来自已建立的创伤、烧伤和内毒素血症小鼠模型的类似样本的表达分析（每个模型16个治疗组和16个对照组）(16–18). 在人类中，严重的炎症应激会产生影响所有主要细胞功能和通路的基因组风暴(15)因此，提供了足够的扰动，以便在人类条件下的基因和小鼠模型中的同源基因之间进行比较。

在本文中，我们报告了人类炎症疾病和小鼠模型之间基因组反应的系统比较。首先，我们比较了人类受试者和相应小鼠模型之间基因表达变化与创伤、烧伤和内毒素血症的相关性。其次，我们对这些人类条件和模型中的时间基因反应模式进行了表征和比较。第三，我们还确定了人体损伤炎症反应中显著调控的主要信号通路，并将其与人体体内内毒素血症模型和三种小鼠模型进行了比较。第四，我们寻求并评估了一些其他急性炎症疾病的代表性患者和小鼠研究。这些结果表明，人类对不同急性炎症应激的基因组反应高度相似，但这些反应在当前的小鼠模型中没有再现。需要探索新的方法来改进人类疾病的研究方法。

结果

人类受试者和小鼠模型之间基因变化与创伤、烧伤和内毒素血症的相关性。

每个数据集都确定了显著变化的基因；5544个基因被鉴定为显著[错误发现率（FDR）<0.001，折叠变化≥2](材料和方法)患者与健康受试者之间（创伤中4389个基因，烧伤中3250个基因，内毒素血症中2251个基因）。在这5554个基因中，有4918个基因在人类条件下发生了显著变化，对其进行了小鼠同源基因分析，并将其纳入后续分析。

对于人类烧伤、创伤和内毒素血症的每个数据集，以及针对相应的小鼠模型，在患者和健康受试者之间计算基因表达的最大倍数变化。在两个数据集之间，比较了最大基因折叠变化的一致性（两个数据集中的皮尔逊相关和秩相关）以及变化的方向性（两数据集之间基因向同一方向变化的百分比）。

在4918个基因中，最大基因变化的相关性（皮尔逊相关性，R（右）2) (图1)以及基因朝同一方向改变的百分比(SI附录，图S1)在所有六种情况下，都表明人类创伤和烧伤在基因反应方面有很高的相似性(R（右）2=0.91，97%），人体内毒素血症和人体损伤之间具有中等相似性(R（右）2= 0.47, 88%). 相反，任何条件下的人类基因与其小鼠模型中的小鼠同源基因之间的表达变化相关性很低(R（右）2≤ 0.09, ∼47–63%). 通过随机的机会，两个不相关条件之间50%的基因预计会朝着同一方向变化。此外，三种小鼠模型之间的小鼠基因同源序列相关性较差(R（右）2≤0.13，～39%–63%）。当按如下方式计算等级相关性时，也看到了类似的结果SI附录，图S1。我们进一步检测了4918个基因的亚群，这些基因的变化幅度更大(SI附录，图S2)并观察到小鼠模型与人类条件之间的相关性略有增加。例如，相关性增加到R（右）2=0.11–0.28，在变化幅度最大的前105个基因中（倍数变化≥6）。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为pnas.1222878110fig01.jpg

人类烧伤、创伤、内毒素和相应小鼠模型之间基因变化的相关性。散点图和皮尔逊相关性(R（右）2)在小鼠模型中，4918个对创伤、烧伤或内毒素血症有反应的人类基因（FDR<0.001；倍变≥2）及其小鼠同源基因的对数双倍变化。如左上角所示，人类创伤和烧伤的基因组反应高度相关(R（右）2= 0.91). 相反，如右下角所示，小鼠模型之间的相关性较差(R（右）2=0.00–0.13），并且几乎随机出现相应的人类条件(R（右）2= 0.00–0.09). 等级相关性也有类似结果(SI附录，图S1)。

为了进一步探索并解决通过要求小鼠直系基因与人类条件下反应的人类基因相关来对小鼠模型产生偏见的可能性，我们检查了相反的情况（人类直系基因对应于反应的小鼠基因）(SI附录，图S3). 人类直系亲属保持高度相关性(R（右）2=0.88），而小鼠基因之间的相关性只有极小的增加(R（右）2≤ 0.22). 为了解决研究之间不同样本大小的潜在混淆特征，我们随机重采样(SI附录，图S4A类)对少量人类和小鼠进行比较，结果表明人类受伤之间的相关性仍然很高(R（右）2= 0.85). 此外，与相应的小鼠模型相比，在具有可比样本大小的情况下，人类条件引入了更为深刻的基因组反应（基因数量超过或等于基因数量的三倍）(SI附录，图S4B类). 然而，组内差异仍具有可比性(SI附录，表S1)。

人类条件和小鼠模型的时间反应模式比较。

使用小鼠模型模拟人类全身炎症的一个固有假设是，物种之间的损伤和修复的时间过程是相似的。样本采集时间、分析终点或药物剂量的决定取决于此假设。

我们调查了不同时间跨度（天、周、月和年）人类条件和小鼠模型中的基因变化。然后，我们通过聚类分析每个基因表达的时间进程模式(图2A类)并且进一步以响应时间（基因改变达到其最大值的一半的时间）和恢复时间（基因降低到其最大值的一半的时间）为特征(图2B类和SI附录，图S5). 尽管在所有条件下，基因反应时间都发生在最初的6-12小时内，但恢复时间差异很大。在小鼠模型中，基因组干扰在数小时到4天内恢复，但在患者中持续1-6个月或更长时间。例如，人类损伤中HLA-DRA在很长一段时间内发生了变化，但在小鼠模型中变化最小(图2C类). 此外，尽管每个簇内的基因在不同人类条件下的时间进程中发生了相同的方向变化(SI附录，图S6)，三种小鼠模型之间，甚至在集群内，都有很大的差异，这表明小鼠的反应不仅与人类条件不同，而且也彼此不同(SI附录，图S7)。

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人类烧伤、创伤、内毒素和小鼠模型时间进程基因变化的比较。(A类)K-表示随着时间的推移，4918个对人体全身炎症反应的基因聚集。人体状况的时间间隔：长达1年（烧伤）、1个月（创伤）和1天（内毒素血症）；小鼠模型的时间间隔：1周（创伤和烧伤）和1天（内毒素血症）。(B类)人类和小鼠条件下基因变化恢复时间的方框图。(C类)日志2HLA-DRA的表达随时间变化，例如人类损伤中的基因在长时间内发生了显著变化，但在小鼠模型中变化最小。

人类条件和小鼠模型之间显著调节通路的比较。

我们确定了在人体损伤中显著调控的主要信号通路，并将其与人内毒素血症模型和三种小鼠模型进行了比较。在人体损伤中，大多数上调的通路与先天性免疫反应有关，而下调的通路与适应性免疫有关。图3显示了人类烧伤与三种小鼠模型系统的相关性，以及人类创伤与五种最活跃和最受抑制的途径的相关性。相关性取决于所比较的单个路径(SI附录，表S2). 例如，小鼠内毒素模型通常被用作人类炎症的替代物，其IL-10信号传导的最大相关性为0.43，但它与所有五种最下调的通路均无相关性或负相关性。在每种途径中，人内毒素血症与人损伤的相似性比在小鼠模型中高出许多。

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人类烧伤、创伤、内毒素和小鼠模型之间的通路比较。所示为皮尔逊相关性条形图(R（右）2)四种模型系统（人类内毒素血症和三种小鼠模型）与人类创伤和烧伤之间的五种最活跃和抑制的通路。负相关表示为负数（−R（右）2). 人体烧伤作为参考。在所有途径中，人内毒素血症与人损伤的相似性比小鼠模型高得多。

对前40条通路的进一步检查表明，小鼠烧伤的中位数相关性和同方向基因改变的百分比分别为0.16和67%，小鼠创伤的中位数相关和百分比分别为0.03和60%，小鼠内毒素血症的中位数关联和百分比分别是0.00和52%。因此，人类条件下的单个基因激活不一定由相应小鼠模型中的正交基因在方向或大小上进行预测[例如，类toll受体（TLR）通路](SI附录，图S8)。

几种其他急性炎症疾病和小鼠模型的基因组反应比较。

我们感到惊讶的是，小鼠模型中的基因组反应与人类损伤中的反应之间的相关性较差，尤其是考虑到世界范围内普遍使用小鼠模拟人类炎症。因此，我们从基因表达总览（GEO）中寻求并评估了更多的患者和相应的小鼠模型研究(19)用于下列几种其他严重急性炎症疾病[脓毒症、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和感染]表1。

表1。

GEO中关于人类和小鼠模型中严重急性炎症疾病的研究

疾病GEO加入R（右）2百分比
人类
 烧伤（作为参考）GSE37069标准1100
 创伤GSE36809标准0.9197
 内毒素血症（测试）天然气32840.4788
 内毒素血症（验证）GSE3284标准0.5990
 急性呼吸窘迫综合征GSE10474标准0.5584
 脓毒症邮编139040.7693
 脓毒症GSE9960标准0.6487
 脓毒症GSE13015标准0.6186
 脓毒症GSE28750标准0.6385
 急性感染GSE6269标准0.5083
鼠标
 烧伤GSE7404标准0.0860
 创伤GSE7404标准0.0561
 内毒素血症GSE7404标准047
 内毒素血症GSE5663标准050
 急性呼吸窘迫综合征GSE19030标准−0.0148
 败血症（CLP）GSE5663标准0.0353
 败血症（CLP-轻度）GSE5663标准0.0252
 脓毒症GSE19668标准0.0558
 脓毒症GSE26472标准0.0255
 感染GSE20524标准0.0861

R（右）2表示皮尔逊相关性。负相关显示为−R（右）2.Percent表示两个数据集中改变方向相同的基因的百分比。CLP，盲肠结扎和穿刺。

在人类研究中计算患者和对照组之间或在小鼠模型研究中计算治疗组和对照组间测得的每个基因的折叠变化。然后将每个数据集中的基因反应与5554个在人类创伤、烧伤和内毒素血症中发生显著变化的基因进行比较。使用每个附加数据集和用作参考的烧伤之间的这些常见基因计算基因反应的相关性和方向性。

如所示图4和表1患者的基因组反应相互关联良好，而小鼠模型对此反应的模拟较差。同样的关系也适用于基因反应的方向性。例如，在人类中，观察到0.91（创伤）、0.55（ARDS）、0.54-0.79（脓毒症）和0.50（感染）的相关性，同一方向的基因变化百分比分别为97%、84%、86-92%和83%。对于小鼠直系亲属，相关性在0到0.08之间，47-61%的基因在同一方向上发生改变——随机概率预测为50%。此外，公布的辐射损伤数据(20)显示了类似的结果(SI附录，图S9)。

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人类和小鼠模型中不同病因的严重急性炎症基因组反应的比较。GEO被问及对人类和小鼠其他严重急性炎症疾病（败血症、ARDS和感染）的白细胞研究。生成的数据集列于表1。所示为相关性(R（右）2;x轴）和方向性（%；年轴）与人类烧伤相比，GEO中产生的多个已发布数据集的基因反应。

讨论

研究病人的疾病要比研究模型系统复杂得多。在我们研究的创伤患者中，患者的异质性存在于最相关的特征中，包括人口统计学特征，如年龄[岁，中位数（M）=33，中四分位数（MQ）=25-44]和性别（男性=63%），最大简化损伤量表（M=4，MQ=3-5）所示的损伤严重程度，损伤严重程度评分（M=33，MQ=22–41），最差基础缺陷（M=−9.1，MQ=−12.0至−6.4），接受的血液量可变（总输血量以毫升为单位；M=1900，MQ=1050–3000），患者临床结局以生存率（96%），多器官衰竭（最大马歇尔评分；M=5，MQ=3–7）为指标，恢复时间（天；M=7，MQ=4-15）、医院感染（54.5%）和住院天数（天；M=21，MQ=12-32）(15，21). 同样，在烧伤患者群体中，烧伤程度存在显著差异，例如，烧伤总体表面积（TBSA；M=53%，MQ=32-74%）、火焰烧伤百分比（86%）和吸入性损伤百分比（52%）以及存活率（85%）。此外，患者接受了真正的药物药典，可以影响他们的病理生理和基因组反应。然而，尽管存在这些异质性，我们在创伤和烧伤患者中观察到高度一致的基因组反应，而在小鼠模型中缺乏相关性。

患有不同潜在急性损伤的危重患者有相似的生理反应，这种情况被公认为全身炎症反应综合征(22，23). 寻求该综合征药物靶点的一个未经证实的假设是，无论起始病因如何，该综合征的分子机制都是相似的。人类创伤、烧伤和内毒素血症之间反应的高度相关性强烈支持这一假设，并表明这种方法可能可行。

对于我们的发现，小鼠模型中的转录反应反映人类疾病的能力如此之差，有多种考虑因素，包括小鼠和人类之间的进化距离、人类疾病的复杂性、小鼠模型的近亲繁殖特性，以及通常使用的单一机械模型(三，12，13，24). 此外，小鼠和人类组织的细胞组成差异(24，25)可以导致分子反应中的差异。此外，患者和小鼠模型之间疾病恢复的时间跨度不同是使用小鼠模型的固有问题。与患者临床护理相关的晚期事件（如液体、药物、手术和生命支持）可能会改变小鼠模型中未捕捉到的基因组反应。

任何物种免疫系统的进化，至少在一定程度上是该物种微生物施压选择压力的直接结果。最近的文章强调了物种在抵抗力与耐受力或抗感染力的进化策略之间进行权衡，这种权衡往往是对立的(26，27). 相对于人类的反应，小鼠对炎症挑战具有高度的抵抗力(28，29). 例如，对于大多数小鼠菌株，内毒素的致死剂量为5–25 mg/kg，而据报道，少于100万倍（30 ng/kg）的剂量会导致人类休克(30). 相对于小鼠而言，人类对大规模炎症的极端敏感性可能导致基因组反应在每种人类疾病中达到上限，而小鼠的恢复力可能阻止最大反应并导致更大的异质性。这种减弱的小鼠反应也表明，小鼠模型中较高水平的损伤可能导致转录组反应，更好地模拟患者的反应。例如，当前研究的一个局限性是，在烧伤患者中，烧伤的TBSA（TBSA>20%，M=53%，MQ=32-74%）平均高于小鼠模型的TBSA（TBSA=25%）。然而，目前还没有能够使TBSA烧伤严重程度大于25%的小鼠持续存活的具有重症监护支持的现有小鼠模型。

作为现代生物医学研究的基石，小鼠模型的使用在科学文献中占据主导地位(三，13). 我们的研究挑战了目前流行的假设，即为模拟人类疾病而开发的小鼠模型的分子结果直接转化为人类条件。由于几乎每种药物和候选药物都在分子水平上发挥作用，一种实用的方法是通过要求动物模型研究中的分子细节来提高标准，以表明模型是否模拟关键基因、关键途径、，或者全基因组水平被认为对相关人类疾病很重要。

可以探索新的方法来改进现有的模式。例如，通过在患者研究中首先要求全面的基因组描述来定义人类疾病，疾病改变的途径可以用作开发动物模型的指南。然后，动物模型的质量可以通过其在分子基础上繁殖人类疾病的能力而不是简单的表型来确定。此外，通过疾病相关细胞类型或组织的体外重建开发合成人体模型(31)也可能改善当前的疾病模型。此外，新的基因组信息，例如个人基因组的可用性(32)或外显子(33)直接从患者或人类疾病全基因组特征的系统解释中获取疾病异质性(34，35)可能会补充或缩短疾病发现和药物开发中对小鼠模型的需求。尽管如此，我们的研究支持更优先关注更复杂的人类条件，而不是依赖小鼠模型来研究人类炎症疾病。

材料和方法

患者登记和抽样。

炎症和宿主对损伤的反应，大规模合作研究计划得到资助，以研究严重损伤的早期炎症反应。2003年至2009年间，美国七个一级创伤中心中有1637名患者因院前或急诊室收缩性低血压（<90 mmHg）或基础赤字升高（>6 mEq/L）、输血需求≤12 h、，除大脑外，任何身体部位的简明损伤量表得分>2。在这些患者中，从167名患者采集了系列血样进行基因组分析。在受伤后12小时内以及受伤后1、4、7、14、21和28天内采集第一份血样。研究对象在所有参与中心制定、实施和审计的标准操作程序的指导下接受治疗，以尽量减少治疗。参考文献中描述了研究设计的细节。15类似地，在2000年至2009年间，如果244名烧伤患者在受伤后96小时内入住参与的烧伤中心，烧伤超过TBSA的至少20%，并且需要至少一次切除和移植手术，那么他们将被纳入四个烧伤中心之一。入院后，研究对象在所有参与中心制定、实施和审核的标准操作程序的指导下接受治疗，以尽量减少治疗差异。参考文献中记录并描述了重症监护室、创伤后28天内和烧伤后1年内发生的人口统计学、临床结果和并发症。15，可在http://TRDB.gluegrant.org此外，在2004年至2007年间招募了35名健康对照受试者（16–55岁）。两名对照受试者大约间隔2年进行两次研究，共获得37份样本。各参与中心的机构审查委员会批准了这项研究。

人类内毒素血症模型。

8名18至40岁的健康男女受试者提供了书面知情同意书。受试者静脉注射美国国立卫生研究院临床中心参考内毒素大肠杆菌0113（CC-RE-Lot 2），剂量为2 ng/kg体重(n个=4，一只雌性和三只雄性）或0.9%氯化钠(n个=4，一只雌性和三只雄性）。在内毒素输注前（0小时）和输注后2、4、6、9和24小时采集血样。

小鼠损伤模型。

雄性C57BL/6J小鼠购自Jackson实验室。该研究由各参与机构的机构动物使用和护理委员会批准。小鼠在8周龄时进行这些实验之前，至少要适应1周。协议的详细信息已在前面进行了描述。12只接受损伤方案的小鼠被给予异氟烷吸入麻醉，然后接受25%TBSA烫伤或创伤/出血（T/H）。烧伤后，用1mL生理盐水腹腔注射复苏小鼠。T/H包括剖腹手术，然后从动脉中抽出足够的血液，以降低并保持平均动脉血压在35 mmHg下90分钟，之后用乳酸林格（流出血容量的四倍）复苏这些小鼠。12只小鼠组成的组也在麻醉下进行了假烧伤或假T/H手术。在单独的实验中，用异氟醚麻醉6只受伤或假小鼠，并在受伤后2 h、1 d、3 d或7 d通过心脏穿刺抽血。小鼠接受LPS，10 ng大肠杆菌0113，在200µL PBS或生理盐水对照液中，未对用于人类研究的相同内毒素进行麻醉。选择LPS的量以产生类似于人类LPS研究中所见的细胞因子诱导模式(17)。

基因表达谱分析。

根据之前公布的方案分离出总血白细胞。根据制造商的建议，提取总细胞RNA并将其杂交到Affymetrix HU133 Plus 2.0基因芯片上。基因表达数据已保存在GEO中，登记号如下表1。

时序基因表达数据分析。

通过三次样条函数获得每个基因的纵向表达轨迹，并将对照组的平均表达作为基线表达。轨迹线与基线的最大偏差被称为最大折叠变化，或者简称为患者与健康对照之间的基因折叠变化。对于每个基因，基因改变到其最大折叠变化一半所需的时间定义为其响应时间，基因达到最大点后恢复到一半所需时间定义为恢复时间。使用EDGE（提取差异基因表达）通过1000个随机排列来评估纵向基因表达变化的重要性。通过FDR<0.001和每个数据集的折叠变化≥2来选择重要基因；5544个基因在患者和健康受试者之间被鉴定为显著基因（4389个基因在创伤中，3250个基因在烧伤中，2251个基因在内毒素血症中）。

人-鼠骨科。

根据小鼠基因组数据库，在Affymetrix人类HU133和v2阵列上分析了Entrez基因（20273），其中16646个基因具有小鼠同源基因(17)在Affymetrix小鼠MOE430阵列上检测了15686个基因。在5554个在人类条件下发生显著变化的基因中，有4918个基因在小鼠阵列上进行了小鼠同源基因分析，并将其纳入后续分析。

数据集之间的基因响应比较。

对于人类烧伤、创伤和内毒素血症的每个数据集，在患者和健康受试者之间，以及在相应的小鼠模型的治疗组和对照组之间，以对数标度测量基因表达的最大倍数变化。在两个数据集之间，最大基因折叠变化的一致性(R（右）2)并比较了变化的方向性（%）。R（右）2表示皮尔逊相关性的平方。当按如下方式计算等级相关性时，也看到了类似的结果SI附录，图S1.Percent表示两个数据集中改变方向相同的基因的百分比。

从GEO中确定了几个其他严重急性炎症疾病（败血症、ARDS和感染）的代表性患者和相应的小鼠模型研究(图4和表1). 在人类研究中计算患者和对照组之间，或在小鼠模型研究中计算治疗组和对照组，以及在时间过程数据集中计算每个基因的折叠变化(GSE20524标准)计算了最大折叠变化。然后将每个数据集中的基因反应与5554个在人类创伤、烧伤和内毒素血症中发生显著变化的基因进行比较。

补充材料

支持信息：

鸣谢

论文中报告的数据集可在GEO上获得，其登录号列于SI附录这项工作得到了国防高级研究计划局拨款W9111NF-10-1-0271（给H.S.W.）、国家残疾与康复研究所拨款H133A070026（给D.N.H.）、国家普通医学研究所拨款5P50GM060338（给D.NH.），5R01GM056687（给D.NOH.）和R24GM102656（给W.Xiao）的支持，和5U54GM062119（给R.G.T.），以及国家人类基因组研究所拨款P01HG000205（给R.W.D.）。

脚注

作者声明没有利益冲突。

22011年6月4日去世。

4大规模合作研究项目的炎症和宿主对损伤的反应的完整列表可以在SI附录。

本文包含在线支持信息，网址为www.pnas.org/lookup/supl/doi:10.1073/pnas.1222878110/-/DC补充。

工具书类

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文章来自美国国家科学院院刊由以下人员提供美国国家科学院