文摘
旨在更全面的理解分子生物标志物和重度抑郁症(MDD)的潜在机制,从基因表达数据库综合(GEO),我们首先获得mRNA表达谱,确定了585个差异表达基因(度)通过R软件,包括263个调节基因和322个表达下调基因。然后,通过基因组和基因组的京都百科全书(KEGG)通路和生物过程(BP)的分析,我们发现调节和表达下调度在不同的途径,丰富。这是值得注意的,调节度是最重要的丰富mTOR的信号通路。随后,通过蛋白质交互(PPI)网络,我们确定了七个中心基因,即EXOSC2, CAMK2A, PRIM1, SMC4, TYMS CDK6, RPA2。最后,通过基因集富集分析(GSEA),我们获得的缺氧,epithelial-mesenchymal过渡,刺猬信号,活性氧通路的强化途径MDD的病人。以上数据结果将为MDD患者的治疗提供一个新的方向。
1。介绍
重度抑郁症(MDD)是一个典型的抑郁症。主要临床表现是被持续抑郁和失去兴趣(1]。在严重的情况下,精神可能出现幻觉、妄想等症状,伴有自杀行为(2]。目前,MDD已成为21世纪人类疾病的主要“杀手”。超过每年数以百万计的人死于该病。其中,20 - 30岁是主要发病的年龄,和女性患者比男性更常见3]。和2020年的数据还显示,MDD已成为心血管疾病后的第二个最常见的人类疾病。尽管MDD的临床治愈率很高,治疗疾病率和复发率并不是很乐观,因为病人的知识不足和不愿常规治疗(4]。到目前为止,MDD的具体原因尚不清楚。目前,只有理解的交互环境、心理、内分泌等因素有重要影响在MDD的发病机制5]。因此,产生重要影响的生物标志物MDD的发病机制仍需进一步研究。
有很多研究报告在MDD的治疗。例如,Fagiolini和充足的研究探讨了MDD的进步在诊断,神经生物学,和治疗。结果发现,近40%的患者,抑郁症与终身孤立躁狂或低血糖症状(6]。进一步研究的具体心理治疗抑郁症,抗抑郁药物的临床应用,开发新的治疗性化合物,等。实验通过Jazvinscak Jembrek等人表明,人类的肠道菌群可能发挥作用在压力,焦虑和抑郁。它还证实,大脑和内脏之间有双向沟通(7]。长期使用益生菌有利于减轻焦虑和抑郁和其他相关行为,从而有助于缓解精神疾病的痛苦。张等人系统地评估肿瘤坏死因子——之间的关系αg - 308 a基因多态性与抑郁症的风险通过荟萃分析和获取肿瘤坏死因子-的等位基因频率αg - 308 a基因(8]。基因型和基因型可作为一个独立的危险因素为抑郁症,并进一步探索在MDD的具体影响因素是必要的。
基因表达的综合(GEO)是一个免费的高通量芯片和相关功能基因组数据集(9]。在这项研究中,mRNA表达谱是基于地理数据库下载MDD的潜在机制和生物标记物的分析。25 MDD 25样本和正常样本中收集GSE54563数据库。通过利用Limma包R软件,我们筛选585个差异表达基因(度)。这些基因有可能是新诊断的生物标志物。通过基因和基因组的京都百科全书(KEGG)途径10),基因本体论(去)分析(11),(PPI)网络(蛋白质间交互作用12影响MDD),潜在的分子机制进行了分析。七个中心基因EXOSC2、CAMK2A PRIM1, SMC4, TYMS CDK6, RPA2。基于上述数据库,我们可以更全面的了解MDD和获得新的治疗靶点。
2。材料和方法
2.1。微阵列数据档案
GSE54563表达式配置文件(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi数组是基于地理数据库的检索。微阵列数据集GSE54563沉积了Chang et al .谷氨酸和GABA-enriched人类抑郁症相关基因模块被coexpression荟萃分析全基因组关联研究和DNA变体。50总样本在后期分析了25双前扣带皮层组织。MDD的样本组和对照组选择进行进一步分析。的基础上GPL6947 Illumina公司HumanHT-12 V3.0 BeadChip表达,我们完成了这个数据库的表达分析。从地理数据库,我们下载了一系列矩阵文件和数据表的标题描述GSE54563针对中央在MDD中基因筛选和验证。
2.2。差异表达基因(度)识别
度的阈值标准识别 MDD与控制样本,根据R Limma包软件。然后,我们画的热图度通过Pheatmap包R软件。
2.3。去KEGG通路富集分析
作为一种常见的工具用于分析生物信息学、基因本体论(去)包含综合功能相关基因的信息。去分析包括三个部分:电池组件(CC),生物过程(BP)和分子功能(MF)。KEGG数据库是集化学、基因组和系统功能信息,旨在了解先进的生物功能和实用性。GO注释和KEGG通路富集分析识别度进行使用大卫6.8 (https://david.ncifcrf.gov/)。结果被认为是具有统计学意义 。
2.4。PPI网络的创建和基因鉴定中心
检索的搜索工具的基础上的相互作用的基因(字符串11.0;https://string-db.org/),我们构建了PPI网络,结合 作为分界点。我们确定了中心基因Cytoscape软件3.7.1 (https://www.cytoscape.org/)。
2.5。基因集富集分析
相关的生物通路25 MDD和25正常样本选自GSEA GSE54563数据集进行了分析(https://software.broadinstitute.org/gsea/index.jsp)。
3所示。结果
3.1。MDD相关的识别度
针对识别度在MDD中,我们搜查了有关微阵列表达谱的GSE54563地理数据库。如热量地图所示,集成和标准化后的微阵列数据,我们得到了585度,含有263调节度和322度使之抑制(图1)。
3.2。KEGG浓缩度的分析
KEGG通路分析提出,调节度明显丰富的信号通路调节多能性干细胞,mTOR信号通路,河马信号通路,RNA降解,肝细胞癌,肾上腺素的信号在心肌细胞,PI3K-Akt信号通路,以及其他途径(图2(一个))。表达下调丰富度显然是在小细胞肺癌中,化学致癌,Fc伽马R-mediated吞噬,FcεRI信号通路,醚脂质代谢,DNA复制,调节脂肪细胞的脂解作用,和其他途径(图2 (b))。
(一)
(b)
3.3。英国石油(BP)浓缩度的分析
大卫·在线工具的基础上的生物过程方面度进行了分析。结果显示在图3(一个)调节度,突触组装、神经元投射发展,钙离子运输到细胞溶质,心肌细胞凋亡过程的监管,规范Wnt信号通路显著富集条件。此外,表达下调度在gliogenesis主要丰富,细胞反应渗透压力,积极的监管interleukin-1β生产、髓鞘形成,调节氧化应激内在凋亡信号通路,以及其他途径(图3 (b))。
(一)
(b)
3.4。PPI网络分析
度的PPI网络由字符串确定重要的集群度。PPI网络的调节度,有216个节点,167边缘。基因选择的重要主节点 筛查标准;在这些基因中,EXOSC2最高节点度( )和CAMK2A程度最高2 ( )(图4)。270个节点和254一起边缘形成了PPI网络的表达下调度(图5)。与 筛选标准,五大重要基因筛选PRIM1, SMC4, TYMS CDK6, RPA2。
3.5。识别MDD-Associated通路
为了进一步探索与MDD相关关键生物通路,GSEA GSE54563是用于数据库。路径的结果显示,“缺氧”,“epithelial-mesenchymal过渡”,“刺猬信号”和“活性氧”浓缩在MDD中病人(图6)。
(一)
(b)
(c)
(d)
4所示。讨论
MDD是主要类型的情绪障碍,物理之间的相互作用的结果,心理和社会因素(13]。它通常表现为抑郁、意志下降,思维缓慢,睡眠障碍、疲劳、食欲不振、体重减轻、便秘、身体部位疼痛,其他症状(14]。目前,轻度抑郁通常是松了一口气通过锻炼第一(15]。如果没有改善,抗抑郁药物和心理治疗相结合。对于严重的抑郁症,它可能需要抗抑郁药和抗精神病药物,抗抑郁药物和心理疗法或电休克治疗(16]。至于短期治疗,苯二氮卓类建议如果病人患有急性抑郁症自杀,紧张性精神症的抑郁,或抑郁症状,如失眠和焦虑(17]。然而,由于MDD是一个复杂的心理疾病,大多数患者对疾病的理解仍然是在肤浅的阶段,甚至,他们害怕承认或隐藏的症状没有配合积极治疗。此外,目前的诊所不能提供个性化的治疗根据具体病人的神经生物学机制。因此,这种疾病仍然是严重干扰病人的日常生活。在这项研究中,我们分析了关键基因在MDD中通过生物信息学方法,试图找到有效的生物标志物和潜在的治疗靶点。
对于这个研究,通过R软件,我们总共发现了585度,包括263年调节度和322度使之抑制。BP和KEGG分析的基础上,调节度明显丰富突触组装、神经元投射发展,mTOR信号通路,和其他途径。表达下调gliogenesis度显然是丰富,细胞反应渗透压力,FcεRI信号通路,和其他途径。Chandran等人的报告指出,通过激活mTOR信号通路在哺乳动物中,氯胺酮可以产生一个快速抗抑郁药物反应(18]。老鼠实验证明p70S6K、mTOR eIF4B, p-eIF4B蛋白质表达在对照组明显高于MDD组。它还表明mTOR-dependent翻译起始缺陷在MDD中,而且可能有突触蛋白的相关性明显缺乏和mTOR的调节异常信号在MDD中(19]。结合我们的浓缩分析结果,我们建议MDD在很大程度上是与mTOR相关信号通路。
此外,我们还发现,EXOSC2和CAMK2A中心调节基因和PRIM1, SMC4, CDK6, RPA2中心TYMS表达下调的基因。EXOSC2的全称是外来体组件2。蛋白质编码基因,它通常与身材矮小,听力损失,视网膜色素变性,和1 b型桥的小脑发育不全(20.]。相关通路包括CDK-mediated磷酸化和删除cdc 6和ATP / ITP的新陈代谢。CAMK2A属于Ca (2+)/ calmodulin-dependent蛋白激酶亚科(21]。钙信号有重要影响的几个方面glutamatergic突触可塑性(22]。MAPK信号通路相关的通路,氧化应激通路,GPCR信号。GO注释对这个基因包括蛋白质均聚活性和蛋白激酶活性。PRIM1通常有与Seckel综合症和相关的扩张骨肉瘤病。通常是丰富的合成端粒C链(滞后链)和G1 / S期通路有丝分裂的23]。SMC4属于染色体结构维护(SMC)基因家族(24]。包含在这个基因家族成员产生重要影响染色体在有丝分裂染色体结构变化。SMC4 clusterin复杂的核心是必要的装配和染色体分离。这个基因通常是表示在胸腔积脓症和科妮莉亚德兰格综合症。是丰富的途径激活PKN1刺激AR(雄激素受体)来调节基因的转录KLK 2和KLK 3和中期。CDK6 CMGC家族属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(25]。蛋白激酶的激酶催化亚基是复杂和有重要影响的G1期细胞周期的进展和G1 / S过渡。迪等人的报告证实,到和CDK6可以帮助细胞进入S期细胞分裂周期的哺乳动物细胞增殖过程中(26]。在未来,我们可以进一步探讨这些基因的作用在MDD中。
不仅如此,而且我们对GSE54563 GSEA进行分析。结果表明,MDD患者明显与缺氧有关,epithelial-mesenchymal过渡,刺猬信号和活性氧通路。黄等人在研究中指出,ABL1 MDD和癌症都有异常调节抑郁患者。高浓度的活性氧会导致ABL1激活氧化应激和参与MDD。敏等人的研究也证实活性氧MDD的表达相关。Rana等人讨论的作用和潜在的刺猬信号发展的MDD,发现这种途径在神经发生和神经管的形成起着重要的作用,可能与MDD的发病机制有关。
这项研究有一些局限性。首先,我们的研究分析了利用公共数据库,但经过筛选的基因MDD的关键,应进一步探讨的关键基因的功能通过体外和体内实验。其次,关键基因的表达水平没有探索;他们的表达水平和机制的行动将在未来的研究探索。
一句话,585度确定有关MDD在这项研究中,包括263个调节基因和322个表达下调基因。然后,通过浓缩度决定的潜在机制分析。mTOR的调节度明显丰富的信号通路。随后,MDD的关键基因进行了分析通过PPI网络的分析,包括EXOSC2 CAMK2A, PRIM1, SMC4, TYMS CDK6, RPA2。最后,与MDD相关的关键途径被GSEA获得。分析结果表明,缺氧,epithelial-mesenchymal过渡,刺猬信号和活性氧通路是浓缩度的途径。我们已经发现了一些重要的生物过程和路径和中心在这些过程中发挥作用的基因,为的开发和发展提供新的见解MDD疾病和MDD患者的后续治疗提供方法。
数据可用性
所有数据分析在本研究从发表文章或可从获得相应的作者合理的请求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
DQ和KC进行研究和起草。DQ和KC进行数据采集和数据分析与解释。结果和讨论的所有作者同意负责所有方面的工作。所有作者阅读和批准最终的手稿。