文摘
神经退行性疾病如阿尔茨海默病(AD)是一种增加公共卫生挑战。迫切需要将焦点转移到准确检测临床广告在体格检查阶段。本研究的目的是确定广告诊断生物标记。微分表达式分析了样本数据集包括前额叶皮质和外周血样本的广告来识别差异表达基因共享(度)之间共享这两个数据集。此外,至少绝对收缩和选择算子(套索)模型基于shared-DEGs确定9基因签名(IGF1 MT1X, DLEU7, TRIM36, PTPRC, WNK2, SPG20, C8orf59,和BRWD1),准确地预测广告出现。富集分析表明,签名与AD-related p53基因显著相关的信号通路,t细胞受体信号通路,HIF-1信号通路,AMPK信号通路,FoxO信号通路。因此,我们的结果识别不仅广告诊断的生物标志物,而且潜在的具体途径。广告提出了生物标记物的研究可以作为预防和诊断指标在体检。
1。介绍
神经退行性疾病如阿尔茨海默病(AD)是老年痴呆的主要原因,和AD-related痴呆表现为认知能力下降,占所有痴呆病例的65%以上1,2]。全球人口的迅速老化,广告已成为关注的焦点。根据世界人口统计,2018年,世界上老年人口将达到8.5%,到2050年,这个数字将会翻倍。广告的主要临床表现是注意力不集中,记忆力减退,和某些认知能力的逐渐下降,最终导致自力更生和死亡3]。到目前为止,没有有效的广告的治疗方法。广告只能治疗症状但不是问题的根源和延迟发展的疾病,不能防止或逆转疾病(4,5]。广告的发展已经成为一个严重的社会问题,及其严重程度会影响患者的生活和他们的家庭(6]。
广告是具有挑战性的鉴别诊断7,8]。很难诊断和监测广告仅根据临床资料。目前,在AD诊断、生物标记已经成为广告的一个重要指标诊断(9- - - - - -11]。当前检测方法用于广告病理学包括正电子发射断层扫描(PET)和脑脊液(CSF)脑脊液生物标志物的生物标记物(12,13]。CSF - PET-based成像的广泛使用生物标记仍然有限由于腰椎穿刺的侵袭性的感知和PET成像的高成本和低可用性(12,14]。因此,有很多研究工作在临床标记和生物标志物组合,现在,我们正在研究的生物标志物。大量的生物标志物扮演重要角色在转录和转录后的调控的广告15,16]。许多研究正在调查广告(年末大脑信使rna水平的变化17]。然而,有更需要生物标志物可以诊断疾病的早期体检的时候广告。
在这项研究中,我们分析了前额叶皮质样品和AD患者外周血样本根据公开数据来确定广告的潜在生物标志物。套索模型9基因(IGF1 MT1X, DLEU7, TRIM36, PTPRC, WNK2, SPG20, C8orf59,和BRWD1)与非零回归系数在前额叶皮层由识别共享度样品和AD患者外周血样本。这些签名基因可以作为早期诊断的生物标志物的广告,并提供疾病进展的基础监测、早期体检,疾病早期治疗。
2。材料和方法
2.1。数据收集和处理
AD-related数据集从基因表达综合数据库下载(地理,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)[18]。GSE33000数据集(19)基于GPL4372平台包括后期的前额叶皮层样本共计310 AD患者和157例正常。此外,GSE97760数据集(20.)基于GPL16699平台包括外周血样本9 AD患者和10匹配的健康对照组。GSE33000和GSE97760作为训练集用于这项研究。此外,GSE18309数据集基于GPL570平台包括外周血样本3 AD患者和健康对照组。GSE18309用作本研究验证集。除了广告之外,其他所有的样品被排除在外。“数组之间的正常化”(21)是用于limma包规范化基因表达谱。当多个探针检测基因在同一时间,每个探测器的表达式的值是平均获得的方法。本文的工作流程如图1。
2.2。微分和收购交叉基因表达分析
GSE33000, GSE97760 GSE18309数据集,广告的差异表达基因(度)患者使用limma计划和控制进行了分析(21]。 被认为是显著的调整后的错误发现率(罗斯福)。度的十字路口GSE33000和GSE97760数据集被当成共享度。
2.3。建立至少绝对收缩和选择算子(套索)和接受者操作特征(ROC)曲线
套索具有较高的预测价值和更少的相关性;所以,它可以用于高维数据的最优特征(22,23]。在后期学习共享度前额叶皮层和外周血样本,我们使用了glmnet包(https://CRAN.R-project.org/package=glmnet)从共享度提取表达谱来构建一个套索模型。所选择的基因的表达值加权使用套索分析来创建一个模型的解释变量指数为每个示例使用以下方程: 的回归量是基因来源于套索Cox回归,和“经验”代表了基因的表达。接下来,分析了中华民国使用pROC软件评估广告套索模式的识别能力(24]。此外,评估诊断能力拉索模型的功能基因,ROC曲线分析了训练集使用pROC包,和表达分析使用包ggplot2。
2.4。富集分析
探索相关的生物功能和通路模型特征的基因,该基因本体论()函数和京都基因和基因组的百科全书(KEGG)使用clusterProfiler包的路径进行了分析(25]。如果 ,它可以被视为大大丰富。
2.5。数据分析和统计
所有在本研究进行使用分析Bioinforcloud平台(http://www.bioinforcloud.org.cn)。差异被认为是重要的时值小于0.05。
3所示。结果
3.1。识别差异表达基因广告前额叶皮层和外周血
GSE33000数据集,一个强大的激活信号显示在AD患者与健康对照组相比。2096度(50.3%)表达显著调节,和2075度(49.7%)表达下调(数字2(一个)和2 (c))。此外,在GSE97760数据集,590度(59.8%)表达调节,和397度(40.2%)表达下调(数字2 (b)和2 (d))。GSE33000数据集和GSE97760数据集,共33个交叉基因被确定共享度的前额叶皮质样品和AD患者外周血(图2 (e))。33度由前额叶皮质共享样本和AD患者外周血中可视化热图(数字2 (f)和2 (g))。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
3.2。拉索模型是一个潜在的预测的标志广告
建立拉索模型,我们提取33共享度的表达谱的前额叶皮层和外周血AD患者(数字3(一个)和3 (b))。使用套索的方法,发现了一个非零的回归系数为9基因特征,价值 。基于基因模型指数创建以下方程: 。曲线下的面积(AUC)模型的基于9 eigengenes GSE33000训练集(图0.9373 (c))和1.000 GSE97760训练集(图3 (d)拉索),表明模型可以作为生物标志物用于广告。此外,进一步证实了在验证设置(GSE18309) (图3 (e))。这表明套索的遗传特性与广告模式有一定的关系,可以作为生物标志物进行进一步检测。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
3.3。潜在的预防和诊断生物标记的广告
ROC曲线分析和九个特征基因的表达谱的训练集(GSE33000和GSE97760)进一步进行探索的诊断疗效签名的广告(基因数据4(一)和4 (b))。这些结果验证这些签名基因诊断的潜力。
(一)
(b)
3.4。生物过程的验证和广告的关键途径
九的进一步验证签名从套索获得基因模型表明,DLEU7 IGF1, TRIM36, BRWD1, PTPRC, MT1X, WNK2基因(图最重要的中心5(一个))。这些基因富集在生物过程监管等神经炎症反应和吞噬作用,如神经炎症反应的规定,积极调节ERK1 ERK2瀑布,Fc-gamma受体信号通路参与吞噬作用,与生物过程调控蛋白质酪氨酸磷酸酶活动(图5 (b))。KEGG富集分析显示,这些签名基因参与长期抑郁,p53信号通路,长寿监管pathway-multispecies, T细胞受体信号通路,HIF-1信号通路,AMPK信号通路,FoxO信号通路(图5 (c))。
(一)
(b)
(c)
4所示。讨论
目前,没有药物可以延缓或抑制的发展广告,并没有发现周围生物标志物检测早期广告的原因(26]。广告是一个多基因,multipathway互动疾病的病因尚不清楚。此外,对广告的研究非常有限,由于无法理解AD患者的脑组织。因此,分析患者的脑组织和外周血有利于临床研究广告。目前,有一个清晰的临床诊断的认识广告,这个疗法有望缓解与广告相关的进步的认知能力下降(27]。同时,应用生物信息学技术分析各种疾病的临床诊断和治疗提供了一种新的方法。在这项研究中,一个开放和开放数据平台被用来探测度在后期前额叶皮层和AD患者和健康对照组外周血样本和0没有拉索模型的回归系数(IGF1 MT1X, DLEU7, TRIM36, PTPRC, WNK2, SPG20, C8orf59, BRWD1)。这些基因在AD的早期诊断中发挥作用。
这些基因在广告已报告。胰岛素样生长因子- 1 (IGF1)促进再生的神经元在中枢神经系统(CNS)和周围神经系统(pn) [28]。IGF1参与人体的正常生理和疾病的发生,尤其是痴呆的风险AD患者血清IGF1水平较低有关。级别越高,越保护神经退化(29日]。通过IGF1R IGF1是介导的生物作用,和之前的研究表明,高IGF1R表达广告脑组织与clinicopathology [30.]。关丽珍等人发现BRWD1及其相应的生物过程参与的发展广告通过构建蛋白质相互作用网络广告(31日]。PTPRC被确认为帕金森病生物标志物(32)在肺腺癌,潜伏性结核病、和卵巢癌,PTPRC担任关键枢纽和高度与疾病相关的基因33- - - - - -35]。这些结果表明,所构造的套索模型可以为研究者提供有价值的线索来识别关键AD-related诊断生物标记。然而,需要更多的研究来探索广告中这些基因的功能。
我们进行了深入讨论广告的生物机制和途径。功能性浓缩的结果表明,拉索的特征基因参与了生物神经炎症反应的调节等机制,积极调节ERK1 ERK2, Fc -γ受体参与吞噬作用,调控的蛋白质酪氨酸磷酸酶活性。此外,KEGG富集分析发现这些基因与长期抑郁有关,包括p53信号通路,长寿监管途径multispecies, T细胞受体信号通路,HIF-1信号通路,AMPK信号通路,FoxO信号通路。很多途径都与广告有关。例如,HIF-1信号在神经退化的影响已经证明(36,37]。HIF-1缺氧反应的重要调节器在神经退行性疾病(38,有很多积极的证据表明HIF-1激活可以延迟广告的发展36,39]。p53是广告,导致神经元损失和p53信号与广告(40]。adenylate-activated的神经退行性疾病越来越多的证据表明,活化蛋白激酶(AMPK)可能有广泛的神经保护作用[41),AMPK信号通路与AD患者疾病进展(42]。激活FOXO可能作为一个自我平衡的调节器在防止体内的应激反应,包括广告疾病发作(43]。九个签名基因和他们参与的生物学过程和途径,通过拉索模型在我们的研究中,表明这些基因可以作为广告诊断的生物标志物。
以前,研究确定的分子签名血细胞来源和潜在的治疗目标通过综合分析AD-related数据集(44]。一些研究也分析了AD病人的大脑组织样本的生物信息学寻找生物标记广告(45- - - - - -47]。另一项研究是使用一个基于web的方法来确定广告(生物标志物和治疗制剂48]。和我们的研究仍然有优点相比其他人。我们从前额叶皮层联合数据集样本和外周血样本识别签名基因诊断的广告,相比哪个更准确的基因签名确认直接在单独的脑组织样品或外周血样本。此外,血液生物标志物的广告似乎难以捉摸的多年,但最近的结果表明,他们可能会成为现实49]。新的高灵敏度分析的结果表明,在不同的组,这些数据显然是相似的,尽管不是精确的分析。外周血中确认,广告被证实的诊断标记物,为进一步的研究奠定了基础。然而,目前的研究仍有许多缺点,比如特定基因的识别还没有测试实验。这些标记物诊断的广告的作用还有待进一步研究。AD的发病机制很复杂,一个路径无法解释广告的发生。需要更多的实验来证实当前的发现。因此,这项研究的结果应该谨慎的解释。
5。结论
我们的研究表明,生物信息学分析可以揭示一些重要的见解关于广告的潜在生物标记,确认为MT1X, IGF1, DLEU7, TRIM36, PTPRC, WNK2, SPG20, C8orf59,和BRWD1指标在体格检查预防和诊断的目的。
数据可用性
数据集支持本文的结论(GSE33000、GSE97760 GSE18309)基因表达综合是可用的(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)。
的利益冲突
作者没有潜在的利益冲突声明。
作者的贡献
花林和石亭唐同样这项工作。
确认
作者要感谢琼歌和Shaowen莫协助Bioinforcloud生物信息学分析平台。这项研究得到了南宁优秀的年轻科学家项目和广西北部湾经济区主要人才项目(RC20190103)和广西卫生委员会的科研项目(Z20211423)。