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QIAGEN Ingenuity Pathway Analysis (IPA) 是生命科學研究領域領先的路徑分析軟體， 超過萬篇論文用其以分析、整合並解釋來自「 多體學實驗 」 的數據。 IPA整合多體學數據間分子特徵之關聯性，以圖象方式清楚呈現分子機制，並在實驗組和疾病之間繪製分子網路圖 ，使研究人員在眾多的繁雜資料中，得到一個最適切的機制解釋。
研究簡介
放射療法治療癌症通過誘導 DNA 損傷和細胞凋亡來高效殺死癌細胞；然而，電離輻射會破壞間質幹細胞中的 DNA， 進而誘導衰老，而其所分泌的外泌體會刺激臨近的間質幹細胞，誘導分化為肌纖維細胞 。
圖片來源： https://doi.org/10.1111/cas.14266
雖然衰老細胞佔少數，但它們的老化關聯分泌因子 (SASP) 對體內組織環境具有強大的影響 。 因此，在本次 IPA的研究當中，以下為我們希望透過 IPA得到的解答：
- 有哪些路徑調控衰老後間質幹細胞的活化 ?
- 衰老後間質幹細胞是否具有獨特蛋白質體學特徵，來影響細胞間外泌體傳遞 ?
- 與衰老後間質幹細胞信號傳遞相關的基因網路為何 ?
衰老後的間質幹細胞的轉錄體學路徑調控
作者使用 IPA確定樣本之間的核心調控路徑，其呈現顯著調節的 miRNA 路徑涉及機械敏感 性 （形態、運動和增殖）、細胞間信號傳遞和細胞週期路徑 ，並觀察到衰老的間質幹細胞 中細胞週期相關基因調控有所增加。相反 的，在衰老的間質幹細胞中，與細胞遷移、生長和增殖相關的路徑活性下降 。
多體學顯示衰老的間質幹細胞調節外泌體運輸的獨特蛋白質體學特徵
為了瞭解衰老的間質幹細胞如何調節外泌體路徑，作者使用多體學數據進行路徑富集分析，證明輻射誘導的衰老間質幹細胞富集了與細胞週期修飾、細胞-基質交互作用、TGF-β 信號傳遞和間質幹細胞中的囊泡運輸相關的基因。
而之前的研究表明，網格蛋白 (clathrin)和小窩蛋白 (caveolar) 介導的信號路徑在細胞內蛋白質和囊泡運輸過程中都相當重要。許多細胞類型使用網格蛋白和小窩蛋白介導的內吞作用將 外泌體內化，參與這些途徑的蛋白質在外泌體合成中也很重要 。所以作者利用 IPA探討衰老細胞和衰老前細胞的相關蛋白質網路和細胞位置中表現量的差異變化。
列出了參與共同生物路徑的蛋白質體學和轉錄體學基因的百分比， 包括與細胞週期、細胞外基質交互作用和囊泡運輸相關的路徑 (圖 C 和 D)。
網路分析 (圖 E)。 並進一步整理了與細胞間信號傳遞相關的重要蛋白質和各自的區域（細胞質、
細胞外空間和細胞膜）(圖 F、G)。
衰老的間質幹細胞分泌獨特的外泌體 miRNA 圖譜
miRNA通過外泌體交換調節轉譯後的基因表達，因此使用微陣列檢測外泌體 miRNA 含量 可以進一步評估衰老細胞的作用。作者透過 IPA分析了衰老前和衰老後間質幹細胞的外泌體 miRNA 表現量差異並發現 TGF-β、細胞週期調節以及細胞粘附相關路徑受到調控 。
IPA路徑分析可根據顯著表達的基因、蛋白質或化學物質的表達或磷酸化，快速確定路徑是被活化還是被抑制 ，並透過富集分析發現，細胞週期相關通路、細胞生長和增殖和細胞間信號傳遞受到調控。
結合多體學數據能有效提高我們對於複雜生物現象的理解， IPA提供多體學的比較分析，讓我們可以探討不同體學中獨特表達的基因和生物學路徑。透過 IPA的分析發現，受調控的基因數量在蛋白質體學和轉錄體學存在差異，我們觀察到在衰老的間質幹細胞中，較多的蛋白質基因在囊泡介導的運輸中表現量上升，而較多的轉錄基因在細胞分裂路徑中表現量下降。多體學分析還強調，輻射誘導的衰老調節對多種信號傳遞過程至關重要的機制，例如細胞內蛋白質運輸和 Wnt 受體信號傳遞。
參考資料
Lee, Amy H et al. “Senescence-associated exosomes transfer miRNA-induced fibrosis to neighboring cells.” Aging vol. 15,5 (2023): 1237-1256. doi:10.18632/aging.204539