【摘要】：電離輻射的防護(hù)及其損傷治療一直以來都是特種醫(yī)學(xué)中倍受關(guān)注的問題。近年來,擁有核武器的國家不斷增多,核電站數(shù)量不斷增加,人們遭受電離輻射的風(fēng)險隨之上升。為了預(yù)防和治療電離輻射對人體造成的損傷,新的安全有效的抗輻射損傷藥物的研發(fā)越來越迫切。在抗輻射損傷藥物的研發(fā)過程中,尋找具有抗輻射損傷活性的先導(dǎo)化合物是重要的一環(huán)。為尋找具有抗輻射損傷活性的化合物,美國、俄羅斯、中國、法國等國家在上世紀(jì)50年代開展了大量研究,這些研究一般采用細(xì)胞、動物實(shí)驗(yàn)的方法,如我國曾用小鼠對7000個化合物與中草藥進(jìn)行篩選。由于細(xì)胞、動物實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),這些研究需要很高的人力物力成本,難以在更大規(guī)模上對化合物進(jìn)行篩選。近年來,隨著轉(zhuǎn)錄組檢測技術(shù)的快速發(fā)展,成本不斷降低,大量關(guān)于化合物刺激的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)迅速積累,基于轉(zhuǎn)錄組大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)抗輻射損傷先導(dǎo)化合物成為一條新的可選道路。以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),本研究進(jìn)行了大規(guī)�？馆椛鋼p傷先導(dǎo)化合物預(yù)測。首先,本文建立了LINCS計劃轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的本地化數(shù)據(jù)集以及已報道抗輻射損傷化合物數(shù)據(jù)集RRML。然后,通過以下三種方法進(jìn)行了抗輻射損傷先導(dǎo)化合物預(yù)測。(一)基于轉(zhuǎn)錄組印記的抗輻射損傷先導(dǎo)化合物預(yù)測。本方法首先構(gòu)建了基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)集GEPCSC及輻射損傷轉(zhuǎn)錄組印記。GEPCSC包含化合物刺激細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),輻射損傷轉(zhuǎn)錄組印記反應(yīng)電離輻射引起的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄反應(yīng)特征。然后,基于基因集富集分析算法,定義了反映化合物抗輻射損傷潛能的富集分?jǐn)?shù)。之后,對GEPCSC中的3萬多個化合物計算了富集分?jǐn)?shù),并根據(jù)富集分?jǐn)?shù)構(gòu)建了預(yù)測方法,最終獲得287個穩(wěn)定表現(xiàn)抗輻射損傷潛能的先導(dǎo)化合物。RRML中化合物在其中顯著富集,雌二醇、雌三醇、染料木黃酮等化合物出現(xiàn)在預(yù)測結(jié)果中,說明預(yù)測結(jié)果具有較好參考價值。最后,本方法為預(yù)測的先導(dǎo)化合物計算了細(xì)胞實(shí)驗(yàn)參考劑量。(二)基于關(guān)鍵基因集的抗輻射損傷先導(dǎo)化合物預(yù)測。首先,根據(jù)電離輻射損傷機(jī)制與以往抗輻射損傷化合物研究,選擇了4個具有抗輻射損傷效果的生物功能主題,分別為抗氧化、DNA修復(fù)、促進(jìn)造血、白細(xì)胞凋亡負(fù)向調(diào)控,并利用GO數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了上述4個主題的關(guān)鍵基因集�；蚣谢虻谋磉_(dá)量與基因集功能強(qiáng)度呈正相關(guān)。然后,通過基因集富集分析算法評估了LINCS計劃中的3萬多個化合物增強(qiáng)單個關(guān)鍵基因集表達(dá)的能力,并以此為依據(jù)對化合物進(jìn)行了篩選。最后,通過4個關(guān)鍵基因集篩選結(jié)果投票,獲得了表現(xiàn)抗輻射損傷潛能的先導(dǎo)化合物299個。RRML中化合物在其中顯著富集,雌二醇、雌三醇、染料木黃酮、姜黃素、白藜蘆醇等化合物出現(xiàn)在預(yù)測結(jié)果中,說明預(yù)測結(jié)果有較好參考價值。(三)基于轉(zhuǎn)錄反應(yīng)相似性的抗輻射損傷先導(dǎo)化合物預(yù)測。本方法首先選擇了scoreGSEA算法度量基因表達(dá)譜相似性,然后計算了LINCS計劃中2萬多個化合物與RRML中化合物的基因表達(dá)譜相似性。最后,依據(jù)基因表達(dá)譜相似性制定了抗輻射損傷先導(dǎo)化合物預(yù)測方法,并按照該方法獲得了96個抗輻射損傷先導(dǎo)化合物。結(jié)果分析表明預(yù)測所得先導(dǎo)化合物有較高參考價值。本文創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個方面。第一,在基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)預(yù)測抗輻射損傷化合物方面做出了嘗試。本文建立了三個基于轉(zhuǎn)錄組大數(shù)據(jù)預(yù)測抗輻射損傷先導(dǎo)化合物的方法,預(yù)測獲得了具有較高參考價值的抗輻射損傷先導(dǎo)化合物。第二,與傳統(tǒng)的細(xì)胞、動物實(shí)驗(yàn)方法相比,本研究所用數(shù)據(jù)均為公開數(shù)據(jù),成本顯著降低,周期明顯縮短,且擴(kuò)展性好,可繼續(xù)補(bǔ)充轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)擴(kuò)大預(yù)測范圍、提高預(yù)測質(zhì)量。
【圖文】：

圖 2.1 輻射損傷轉(zhuǎn)錄組印記相似性分析熱圖2.4 基于轉(zhuǎn)錄組印記的抗輻射損傷先導(dǎo)化合物預(yù)測細(xì)胞系組的構(gòu)建用多個細(xì)胞系轉(zhuǎn)錄組印記尋找抗輻射損傷先導(dǎo)化合物更為合理S 計劃中使用的細(xì)胞系與輻射損傷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集所用細(xì)胞系的數(shù)量、種為提高預(yù)測質(zhì)量，降低細(xì)胞系差異影響，本實(shí)驗(yàn)按照細(xì)胞類型或者細(xì)系進(jìn)行了配對（表 2.2）。配對后，每個輻射實(shí)驗(yàn)細(xì)胞系對應(yīng)多個 L胞系，共獲得 9 個細(xì)胞系組。其中 1、2 號細(xì)胞系組是人皮膚來源細(xì)胞胞系組是肝細(xì)胞系組，4 號是骨肉瘤細(xì)胞系組，5 號是 B 淋巴細(xì)胞系 T 淋巴細(xì)胞系組，9 號是上皮細(xì)胞系組。表 2.2 細(xì)胞系組匹配表 輻射實(shí)驗(yàn)細(xì)胞系 LINCS 細(xì)胞系 編號 輻射實(shí)驗(yàn)細(xì)胞系 LINCS 細(xì)胞 BJSKMEL1,SKMEL28, A3756 Primary T cellsNOMO1, HLPL21, THPSKMEL1,LymphoblastoidNOMO1, HL

它的 N 的數(shù)量。為提高所得化合物抗輻射強(qiáng)能穩(wěn)定性，本實(shí)驗(yàn)刪除了 M 中 N 的數(shù)量等于 1 的化合物。Step3. 通過均值、標(biāo)準(zhǔn)差刪除抗輻射損傷不穩(wěn)定的化合物。對 M 中每個化合物，計算其在每個細(xì)胞系組上的富集分?jǐn)?shù)的均值，稱為細(xì)胞系組富集分?jǐn)?shù)。該分?jǐn)?shù)代表化合物在該細(xì)胞系組上抗輻射損傷潛能，細(xì)胞系組富集分?jǐn)?shù)越接近-1，說明化合物抗輻射損傷潛能越強(qiáng)。細(xì)胞系組富集分?jǐn)?shù)均值大于 0 時說明化合物在該細(xì)胞系組上的抗輻射損傷潛能不穩(wěn)定。計算 M 中化合物的細(xì)胞系組富集分?jǐn)?shù)的均值及標(biāo)準(zhǔn)差，，記為 AVEESG、SD。若 AVEESG 0，或 AVEESG <0且 SD | AVEESG |，說明該化合物在所有細(xì)胞系組上的抗輻射損傷潛能不穩(wěn)定，將這些化合物刪除，剩余化合物為抗輻射損傷先導(dǎo)化合物。Step4. 計算抗輻射損傷先導(dǎo)化合物的細(xì)胞系組富集分?jǐn)?shù)之和 SEG（Sum of theES of the group，SEG），并按照 SEG 進(jìn)行升序排序，SEG 越小，說明該化合物抗輻射損傷能力越強(qiáng)。經(jīng)上述步驟，在參與評估的 30722 個化合物中共預(yù)測獲得 287 個抗輻射損傷先導(dǎo)化合物（附錄 A），其中排名前 50 的化合物如表 2.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：軍事科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R818

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本文編號：2632620