【摘要】：背景： 動(dòng)脈粥樣硬化(Atherosclerosis, AS)是一種累及全身動(dòng)脈血管的非炎癥性、退行性和增生性病變，缺血性腦血管病的一個(gè)重要危險(xiǎn)因素是頸動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致的頸動(dòng)脈狹窄，其臨床治療及愈后并不十分理想。目前公認(rèn)，從免疫機(jī)制方面研究某種疾病對早期診治有重要意義，基于單個(gè)基因研究頸動(dòng)脈粥樣硬化分子機(jī)制已有報(bào)道，但是對于基因間互作及基因功能富集分析目前研究還很少。我們主要通過生物芯片分析和文本挖掘技術(shù)發(fā)掘在頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用的基因和通路，期望其對早期診斷和治療頸動(dòng)脈粥樣硬化具有指導(dǎo)意義。 方法： 本次研究從基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫GEO數(shù)據(jù)庫中下載編號為GSE28829的基因芯片，共包括29個(gè)組織樣品，其中包括13個(gè)早期人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織樣本和16個(gè)晚期人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織樣本。所用的平臺(tái)是GPL570[HG-U133_Plus_2] Affymetrix Human Genome U133Plus2.0Array。 為了對早期和晚期的人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織樣本進(jìn)行差異表達(dá)基因篩選和分析，我們用R語言的LIMMA包方法對人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織樣本進(jìn)行差異表達(dá)基因分析，我們選取FDR值小于0.05且|logFC|大于1作為篩選差異表達(dá)基因的閾值標(biāo)準(zhǔn)。 我們對篩選得到的差異表達(dá)基因進(jìn)行主成分（PCA，principal componentanalysis）分析，觀測所有樣本的區(qū)別程度。我們將差異表達(dá)的基因分成上調(diào)表達(dá)基因和下調(diào)表達(dá)基因集合，利用數(shù)據(jù)庫COXPRESdb中的信息構(gòu)建差異表達(dá)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算差異表達(dá)基因之間的共表達(dá)系數(shù)，我們保留共表達(dá)系數(shù)得分高于0.8的作用對。 我們將構(gòu)成共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的所有差異表達(dá)基因投入到DAVID軟件中進(jìn)行GO功能注釋分析和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）通路富集分析，保留FDR（false discovery rate）從小到大排序的前10位的功能節(jié)點(diǎn)。 通過采用R包差異共表達(dá)基因(differentally co-expressed genes，DCG)分析對已有的差異表達(dá)基因中構(gòu)建差異共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，篩選差異共表達(dá)基因,選取adjustedp-value0.05作為篩選差異共表達(dá)基因的閥值。隨后又對差異共表達(dá)基因進(jìn)行了功能分析，并且通過構(gòu)建DCGs-pathway網(wǎng)絡(luò)研究這些差異共表達(dá)基因可能影響的生物學(xué)通路。 文本挖掘能夠發(fā)現(xiàn)文本信息中的規(guī)律和趨勢信息，對用戶有較大的用處和幫助。本研究利用基于自然語言處理方法的文本挖掘技術(shù)對動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)疾病進(jìn)行分子網(wǎng)絡(luò)分析。我們通過小鼠基因信息學(xué)（Mouse Genome Informatics，MGI）數(shù)據(jù)庫查找動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的哺乳動(dòng)物表型（Mammalian Phenotype，MP），以及引起MP的突變基因，然后找出人類動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的重要基因。再根據(jù)得到的分子作用關(guān)系，構(gòu)建與動(dòng)脈硬化相關(guān)的突變基因的分子作用網(wǎng)絡(luò)，并且對這個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模塊分析和功能富集分析。 結(jié)果： 1．我們首先對13個(gè)早期人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊和16個(gè)晚期人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織樣本基因表達(dá)譜進(jìn)行分析，選取差異表達(dá)基因，共篩選得到了319個(gè)差異表達(dá)基因（FDR0.05及|logFC|1），包括267個(gè)上調(diào)差異表達(dá)基因和52個(gè)下調(diào)差異表達(dá)基因；對篩選得到的差異表達(dá)基因進(jìn)行PCA分析，結(jié)果顯示這些差異表達(dá)基因的特征性足以區(qū)別早期和晚期的頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織樣本。在差異表達(dá)基因的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，我們共得到了48個(gè)節(jié)點(diǎn)和84對共表達(dá)作用對，且構(gòu)成共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的差異表達(dá)基因都是上調(diào)表達(dá)的基因，其中連接度最高的節(jié)點(diǎn)為基因TYROBP；對差異表達(dá)基因進(jìn)行GO功能分析，結(jié)果顯示共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的差異表達(dá)基因均與免疫功能相關(guān)。差異表達(dá)基因富集的最顯著的生物學(xué)功能是免疫應(yīng)答，共有18個(gè)差異表達(dá)基因富集在這個(gè)生物學(xué)功能上；對篩選得到的與人類頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊有關(guān)的319個(gè)差異表達(dá)基因進(jìn)行KEGG通路富集分析，結(jié)果顯示，差異表達(dá)基因顯著富集的信號通路是抗原加工和提呈通路。富集在該通路的差異表達(dá)基因共有6個(gè)：IFI30，CTSS（Cathepsin S），HLA（Human leukocyte antigen）-DMB，HLA-DMA，CD（Cluster of Differentiation)74和HLA-DRA。其中HLA-DMB，，HLA-DMA，HLA-DRA是與免疫應(yīng)答功能富集的差異表達(dá)基因重合的。 2．我們通過差異共表達(dá)分析共得到45個(gè)差異共表達(dá)基因DCGs，主要參與免疫反應(yīng)，應(yīng)激反應(yīng)以及細(xì)胞凋亡等生物學(xué)過程。HOPX，IGHM，SLA，CD163和IGKV1-5等DCGs直接或間接的擾動(dòng)了大量的信號通絡(luò)，表明這些基因表達(dá)異常在頸動(dòng)脈粥樣硬化過程中發(fā)揮重要作用；細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用通路，I型糖尿病通路，焦點(diǎn)連接和白細(xì)胞跨細(xì)胞遷移通路關(guān)聯(lián)到大量的DCGs，表明這些信號通路在頸動(dòng)脈粥樣硬化過程有重要作用； 3．通過文本挖掘，我們找出與人類動(dòng)脈硬化疾病相關(guān)的9個(gè)突變基因分子互作關(guān)系對，構(gòu)建分子互作網(wǎng)絡(luò)圖。該網(wǎng)絡(luò)共包含1918個(gè)節(jié)點(diǎn)（Nodes）和4584個(gè)動(dòng)脈硬化疾病分子互作關(guān)系對。MAPK8、BCL2、LEP、IL10、NOS2A、MMP9、CCL2、CD44是重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)中與大量其它節(jié)點(diǎn)存在相互作用關(guān)系；分子互作網(wǎng)絡(luò)的5個(gè)聚類模塊主要與補(bǔ)體及凝血級聯(lián)反應(yīng)通路，細(xì)胞外基質(zhì)受體相互作用通路，焦點(diǎn)粘附通路，核苷酸切除修復(fù)通路和溶酶體通路相關(guān)，文本挖掘得到的突變基因通過這些通路在動(dòng)脈粥樣硬化過程中發(fā)揮作用。 結(jié)論： 我們通過生物芯片分析和文本挖掘技術(shù)發(fā)掘在頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用的基因和通路，為以后研究頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。本研究結(jié)果與前人研究成果一致，都證實(shí)了免疫反應(yīng)在頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。篩選得到的差異表達(dá)基因都是與免疫反應(yīng)有關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)抗原加工和提呈通路，補(bǔ)體及凝血級聯(lián)反應(yīng)通路，細(xì)胞外基質(zhì)受體相互作用通路，焦點(diǎn)粘附通路，核苷酸切除修復(fù)通路和溶酶體通路是頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中的重要通路。在抗原加工和提呈通路和免疫功能都富集的基因是HLA-DMB，HLA-DMA，HLA-DRA，重要的差異共表達(dá)基因HOPX，IGHM，SLA，CD163和IGKV1-5，分子相互作用網(wǎng)路重要節(jié)點(diǎn)MAPK8，BCL2，LEP，IL10，NOS2A，MMP9，CCL2，CD44在頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，可以作為區(qū)別和檢測早、晚期頸動(dòng)脈粥樣硬化的基因標(biāo)志物。本文研究結(jié)果為從免疫機(jī)制方面研究頸動(dòng)脈粥樣硬化提供方向，為開發(fā)新的治療動(dòng)脈粥樣硬化藥物和治療方法提供了靶點(diǎn)。本研究的發(fā)現(xiàn)豐富了人們對頸動(dòng)脈粥樣硬化分子機(jī)制的了解，為以后的研究奠定了基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R743.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱薏;高眉揚(yáng);;HLA-DM基因多態(tài)性與子癇前期的相關(guān)性[J];中國婦幼健康研究;2007年02期

2 胡延佳;翦新春;;基因芯片數(shù)據(jù)分析過程:從原始數(shù)據(jù)到生物學(xué)意義[J];生物技術(shù)通訊;2007年02期

本文編號：2293829