基于生信分析和动力学模拟鉴定阿尔茨海默病免疫标志物及靶向药食同源中药预测
Identification of immune-related biomarkers of Alzheimer's disease and prediction of medicine-food homology traditional Chinese medicines based on bioinformatics analysis and dynamic simulation
摘要目的 分析阿尔茨海默病(Alzheimer's,AD)免疫相关的生物标志物、发病机制、免疫浸润水平和潜在的靶向药食同源中药.方法 从GEO数据库中下载GSE5281、GSE132903数据集的表达谱,获得AD差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs).采用加权共表达算法鉴定出AD重要模块基因,再从ImmPortPortal数据库获取免疫相关基因(immune-related genes,IRGs),将这些基因取交集得到免疫重要差异基因;随后应用最小绝对收缩和选择算法(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)及机器学习-支持向量机递归特征消除(support vector machine-recursive feature elimination,SVM-RFE)方法进行分析,筛选出AD共同的免疫相关标志物,并通过基因本体(geneontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)、基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA)探索生物途径.然后,通过受试者工作特征(receiver operator characteristic,ROC)曲线来评估其鉴别能力,并在GSE122063数据集中进行验证.此外,建立临床列线图和曲线进行临床应用评估.基于转录样本中不同细胞类型相对丰度算法(cell-type identification by estimating relative subsets of RNA transcripts,Cibersort)和单样本基因集富集分析(single-sample gene set enrichment analysis,ssGSEA)进行免疫细胞浸润分析.最后,运用Coremine Medical、Herb数据库进行中药和成分分析,并进行分子对接和动力学模拟.结果 共筛选出1 360个DEGs和富半胱氨酸和甘氨酸的蛋白质1(cysteine and glycine rich protein 1,CSRP1)、胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)、白细胞介素 4 受体(interleukin 4 receptor,IL4R)、生长抑素(somatostatin,SST)、人核因子-κB 抑制蛋白α(nuclear factor-kappa B inhibitor alpha,NFKBIA)5个生物标志物.GO分析显示AD与神经系统发育和细胞发育的正向调节高度相关;KEGG和GSEA富集结果显示AD与B细胞受体信号通路、糖胺聚糖生物合成途径等通路最为密切.免疫浸润分析显示AD脑组织内巨噬细胞、记忆B细胞、中心记忆CD8T细胞等比例上升,初始CD4+T细胞、活化的CD8+T细胞、效应记忆CD8+T细胞比例下降,B2M、CD40等检查位点有明显差异.潜在靶向中药有人参、当归、厚朴花等82种,四气五味以温、寒、平、辛、苦、甘为主,归经以肝、肺、脾、胃经为主,功效以清热、活血、补虚居多.分子对接和动力学模拟显示20(S)-原人参二醇与标志物对接稳定.结论 通过多种方法筛选出了AD的生物标志物,通过富集分析得到了AD相关的生物过程及信号通路,阐释了免疫相关机制,人参、当归、厚朴花等药食同源类中药有望成为AD新药开发的重要来源,为AD发病机制、临床治疗、药物研发提供新的思路.
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