【摘要】：目的:阿爾茨海默病(Alzheimer's Disease,AD)是一種慢性神經(jīng)退行性疾病,其主要臨床表現(xiàn)為記憶力逐漸減退、認(rèn)知功能發(fā)生障礙、行為異常和社交障礙等,一般發(fā)現(xiàn)患病時(shí)多已進(jìn)展至中至重度癥狀。AD患者的主要病理學(xué)特征是β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集成老年斑,細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白異常聚集形成神經(jīng)元纖維纏結(jié)(NFT)和神經(jīng)元死亡。2018年全球AD患者約為5000萬(wàn)人,而照護(hù)AD患者的成本總計(jì)為1萬(wàn)億美元,預(yù)計(jì)至2050年AD患者將達(dá)到1.52億人,照護(hù)AD患者的成本將增加至2萬(wàn)億美元,為患者家庭與社會(huì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。AD的發(fā)病機(jī)制至今尚不清楚。目前主流的AD發(fā)病機(jī)制有β-淀粉樣蛋白(amyloidβ-protein,Aβ)異常沉積、Tau蛋白過(guò)度磷酸化及膽堿能假說(shuō)等。目前尚無(wú)有效的AD干預(yù)方法,而其一旦發(fā)病即不可逆轉(zhuǎn),因此,早期檢測(cè)出AD并進(jìn)行干預(yù),可使發(fā)病往后延緩5-10年,可大大減輕家庭負(fù)擔(dān)和醫(yī)療系統(tǒng)壓力。目前,AD的診斷主要是通過(guò)簡(jiǎn)易智能狀態(tài)檢查量表(MMSE)、頭部CT、冠狀位MRI、18F-脫氧核糖葡萄糖正電子掃描(18FDG-PET)、腦電圖(EEG)及Aβ生物標(biāo)志物等。但每種方法皆存在缺點(diǎn),因此,尋求一種有效、準(zhǔn)確、推廣性好的早期AD檢測(cè)方法具有重要意義,是迫切需要解決的問(wèn)題。AD的病理發(fā)生部位在腦部,大腦對(duì)高能量的需求使其對(duì)葡萄糖可用性和代謝相關(guān)功能的缺陷變化敏感,大腦利用全身約25%的葡萄糖,其中大部分用于通過(guò)糖酵解和線粒體氧化磷酸化轉(zhuǎn)導(dǎo)能量以支持突觸傳遞,通過(guò)保持與神經(jīng)元中葡萄糖利用相關(guān)的能量穩(wěn)態(tài)和代謝過(guò)程的保護(hù)性療法來(lái)達(dá)到治療AD實(shí)際上是可行并且具有相當(dāng)?shù)臐摿ΑＳ捎贏D的病理生理特殊性,臨床難以得到腦組織物樣品,因此,隨著生物信息學(xué)的興起,通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù),比對(duì)腦組織及外周血的基因表達(dá)差異,將為尋找AD生物標(biāo)志物提供有力支持。目前尚無(wú)在AD能量代謝方面的生物信息學(xué)研究。本研究以糖酵解作為切入點(diǎn),通過(guò)生物信息學(xué)對(duì)AD進(jìn)行多樣本、多組織、新方法及新角度的分析,以GEO數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),通過(guò)生物信息學(xué)預(yù)測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,為AD治療和AD生物標(biāo)志物尋找提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。方法:1,通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)搜索關(guān)鍵詞“阿爾茨海默病”,從中篩選出符合納入條件的AD微陣列數(shù)據(jù)集。2,通過(guò)ScanGEO R語(yǔ)言在線工具對(duì)以選擇的AD微陣列數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析,選擇“糖酵解信號(hào)通路”并分析糖酵解信號(hào)通路里所有基因的表達(dá)情況,通過(guò)R語(yǔ)言ANOVA分析后自動(dòng)保存P0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果,然后篩選在多個(gè)微陣列數(shù)據(jù)集中表達(dá)趨勢(shì)一致的基因進(jìn)行下一步分析。3,通過(guò)STRING在線工具對(duì)前面獲得的基因進(jìn)行蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析,查找出與目標(biāo)基因有關(guān)聯(lián)的基因。4,通過(guò)Metascape在線工具,對(duì)目標(biāo)基因及其相關(guān)基因進(jìn)行功能與信號(hào)通路富集分析,分析這些基因參與的信號(hào)通路與主要負(fù)責(zé)的生物功能。5,對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)性分析并考察目標(biāo)基因在AD的作用與影響,并評(píng)估其臨床價(jià)值。結(jié)果:1,通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出符合納入條件的三個(gè)AD相關(guān)的微陣列數(shù)據(jù)集,分別為GSE36980、GSE1297和GSE4226。其中,GSE36980、GSE129為腦組織來(lái)源的基因芯片,而GSE4226為外周血來(lái)源的基因芯片。GSE36980總樣本量最多,共包含79個(gè)樣本,并包含了額皮質(zhì)、顳葉皮質(zhì)和海馬區(qū)三個(gè)不同腦區(qū)。GSE1297的樣本來(lái)自海馬區(qū),共包含31個(gè)海馬樣本,并對(duì)AD患者進(jìn)行了輕度、中度和重度三個(gè)不同程度的分組。GSE4226包含28個(gè)外周血樣本。2,通過(guò)ScanGEO對(duì)上述3個(gè)基因微陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得60個(gè)差異基因,進(jìn)而進(jìn)一步針對(duì)糖酵解信號(hào)通路篩選得到葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶(GPI)、丙酮酸脫氫酶E1成分亞單位α(PDHA1)與葡萄糖-6-磷酸酶2(G6PC2)三個(gè)差異表達(dá)基因。3,GPI、PDHA1基因表達(dá)隨AD的病情加重而顯著下調(diào),而G6PC2則與之相反:(1)GSE1297芯片提示與健康老年人海馬區(qū)相比,輕度AD患者PDHA1的表達(dá)呈現(xiàn)出下調(diào)趨勢(shì),但未見(jiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05),中度AD患者PDHA1表達(dá)顯著下調(diào)(P0.01),而重度AD患者PDHA1表達(dá)則進(jìn)一步顯著降低(P0.0001),總體PDHA1的表達(dá)量隨著AD病情的加重而呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。對(duì)于GPI的表達(dá)來(lái)講,呈現(xiàn)與PDHA1相同的趨勢(shì),其中在重度AD患者中顯著降低(P0.05)。對(duì)于G6PC2的基因表達(dá)則呈現(xiàn)出與PDHA1及GPI相反的趨勢(shì),隨著AD病情的加重,其表達(dá)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),其中在重度AD患者海馬區(qū)其表達(dá)顯著高于健康老年人(P0.01)。(2)與GSE1297的海馬區(qū)差異基因相似,GSE36980芯片同樣提示了在海馬區(qū)PDHA1及GPI的表達(dá)降低(P0.05),而G6PC2則在AD女性患者群體中存在顯著上調(diào)(P0.05),提示對(duì)于女性AD群體G6PC2具有預(yù)測(cè)意義。進(jìn)一步通過(guò)比對(duì)不同腦區(qū)組織差異基因發(fā)現(xiàn),與其他腦區(qū)相比,海馬區(qū)的PDHA1(P0.05)、GPI(P0.0001)顯著低于其他腦區(qū),而G6PC2則顯著高于其他腦區(qū)(P0.001),提示海馬作為與學(xué)習(xí)記憶最密切相關(guān)的腦區(qū),對(duì)于糖酵解基因的變化最為敏感。(3)在外周血來(lái)源的GSE4226芯片中,與健康老年人相比,只有GPI在AD患者外周血中出現(xiàn)了與腦組織相同的下調(diào)趨勢(shì),且在男性AD患者中存在顯著下調(diào)(P0.05),在女性AD患者中雖然顯示了下降趨勢(shì),但無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.07),提示外周血中GPI的顯著下調(diào)與腦內(nèi)呈現(xiàn)相同趨勢(shì),可作為AD生物標(biāo)志物進(jìn)行早期診斷,尤其對(duì)于男性AD的診斷具有重要意義。4,蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)BCKDHA、DLST、PDK3、CS、PFKM、DLAT、OGDH、PDHB、GAPDHS、PGM2、DBT、TPI1、G6PD、DLD、PGM1、PDHA2、PGK1、GAPDH、PDHX、ENO1等共20個(gè)與PDHA1、GPI和G6PC2高度相關(guān)的基因。進(jìn)一步進(jìn)行GOKEGG功能發(fā)現(xiàn),GPI、PDHA1和G6PC2與HIF-1缺氧誘導(dǎo)因子信號(hào)通路存在直接相關(guān)性。通過(guò)熱圖可視化分析發(fā)現(xiàn),PDHA1、GPI和G6PC2都顯示出糖酵解/糖異生通路方面功能。其中PDHA1和G6PC2還顯示出參與HIF-1信號(hào)通路方面的功能。GPI與G6PC2主要參與磷酸戊糖途徑、葡萄糖6-磷酸代謝過(guò)程和葡萄糖穩(wěn)態(tài)這些與葡萄糖利用相關(guān)的功能調(diào)控。結(jié)論:1,PDHA1與GPI在AD患者腦內(nèi)顯著下調(diào),而G6PC2顯著上調(diào),與AD病情密切相關(guān),且腦組織中的海馬區(qū)對(duì)三者的改變最為敏感,可聯(lián)合作為早期診斷AD的生物標(biāo)志物組合。其中,GPI在外周血中與腦組織表達(dá)一致,可用作外周血預(yù)測(cè)AD的生物標(biāo)志物。2,PDHA1、GPI及G6PC2主要參與HIF-1信號(hào)通路、磷酸戊糖途徑、葡萄糖6-磷酸代謝過(guò)程和葡萄糖穩(wěn)態(tài)的功能調(diào)控,為深入挖掘糖酵解在AD發(fā)生發(fā)展中的機(jī)制提供了客觀依據(jù)與支持。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q811.4;R749.16
【圖文】：

圖 1. PDHA1（A）、GPI（B）和 G6PC2（C）在不同程度 AD 時(shí)表達(dá)量的變化GSE1297 一共包含 31 個(gè)海馬樣本，其中 9 例為健康老年人，22 例為 AD 患者（輕度 AD，n=7；中度 AD，n=8，重度 AD，n=7。*P < 0.05 ， ** P < 0.01 ， *** P < 0.001 ， ****P < 0.0001，與健康老年人相比。

圖 2. GSE36980 芯片中 PDHA1 基因的差異表達(dá)情況在 AD 不同腦區(qū)的表達(dá)量變化（A），AD 患者的海馬區(qū)與正常健康老年人的對(duì)比（B），AD 患者的海馬區(qū)與 AD 患者其他腦區(qū)的對(duì)比（C）。GSE36980 中包含一共 79 個(gè)樣本，其中：33 個(gè)額皮質(zhì)樣本（18 例健康，15 例 AD）; 29 個(gè)顳葉皮質(zhì)標(biāo)本（19 例健康，10 例 AD

圖 3. GSE36980 芯片中 GPI 基因的差異表達(dá)情況GPI 在 AD 不同腦區(qū)的表達(dá)量變化（A），AD 患者的海馬區(qū)與正常健康老年人的對(duì)比（B）。AD 患者的海馬區(qū)與 AD 患者其他腦區(qū)的對(duì)比（C）。GSE36980 中包含一共 79 個(gè)樣本，其中：33 個(gè)額皮質(zhì)樣本（18 例健康，15 例 AD）; 29 個(gè)顳葉皮質(zhì)標(biāo)本（19 例健康，

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李高;賈力;;阿爾茨海默病臨床治療策略的研究進(jìn)展[J];中國(guó)藥理學(xué)與毒理學(xué)雜志;2019年10期

2 ;阿爾茨海默病新藥獲批[J];養(yǎng)豬;2019年06期

3 ;阿爾茨海默病防治協(xié)會(huì)[J];中國(guó)社會(huì)組織;2019年21期

4 凌寒;丹尼斯·賽爾科;;阿爾茨海默病早期網(wǎng)絡(luò)功能障礙[J];世界科學(xué);2019年12期

5 祖木熱提古麗·塔依爾;哈力旦·加馬力丁;吳勤奮;;阿爾茨海默病的非藥物治療進(jìn)展[J];世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘;2019年96期

6 張?zhí)锟?;阿爾茨海默病新藥:有希望也有難題[J];百科知識(shí);2019年35期

7 蔡璐;;幸運(yùn)老人對(duì)抗阿爾茨海默病[J];科學(xué)世界;2019年12期

8 蔣語(yǔ);林霞;;阿爾茨海默病患者溝通能力的研究進(jìn)展[J];中國(guó)老年學(xué)雜志;2019年01期

9 ;《阿爾茨海默病及相關(guān)病雜志》投稿須知(2018版)[J];阿爾茨海默病及相關(guān)病;2018年01期

10 ;發(fā)刊詞[J];阿爾茨海默病及相關(guān)病;2018年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王月q

本文編號(hào)：2789233