关键词:
精神分裂症
miRNA
生物标志物
miR-30e-3p
ABI1
症状异质性
单核苷酸多态性
摘要:
精神分裂症(Schizophrenia,SCZ)是一种慢性、严重的精神障碍。根据其特征,症状可分为阳性和阴性,两者在临床表现和转归等方面均存在较大的差异。目前SCZ的诊断主要基于一系列典型证候、精神病史和临床观察,尚无稳定生物标志物可用。早期诊断可能在严重并发症之前有效控制临床症状,有助于改善其长期预后。因此,探索客观的新型生物标志物尤为迫切。使用抗精神病药物是目前治疗精神分裂症的一线方案。然而,个体对药物治疗临床反应的差异仍然是SCZ患者管理中的一个关键问题。国内外学者关于SCZ的起源提出了多种理论,如遗传因素,环境危险因素,神经发育异常假说,脑结构异常改变,神经生化异常以及炎症反应理论等,而目前,精神分裂症的潜在的病因与致病机制尚不清楚。外周血miRNA具有创伤小,易监测,较稳定等优势。因此本研究将利用分子流行病学方法,为SCZ寻找并验证稳定的诊疗性miRNA生物标志物;分析SCZ患者阳性与阴性症状在遗传学上的异质性;探索miRNA对其靶基因的调控在SCZ病因中的贡献。为SCZ的早期诊断,治疗,病因探索提供线索。
目的:
1.利用miRNA-Seq数据筛选并验证SCZ外周血中关键的差异表达miRNA,构建SCZ诊断模型,并评估效果。
2.分析外周血hub miRNA表达水平与SCZ患者临床症状严重程度、抗精神病药物治疗应答情况的相关性,鉴定SCZ患者外周血诊疗性生物标志物。
3.从加权基因共表达模块,免疫细胞构成比,化学物药物相关性等角度,结合hub miRNA表达水平证实SCZ患者阳性阴性症状的异质性,并构建症状相关miRNA-mRNA调控网络,分析异质症状的病因机制。
4.针对第一部分中组间差异最显著、差异倍数最大的miR-30e-3p,进一步分析其候选靶基因的时空表达模式,表达位置,参与通路。明确候选靶基因单核苷酸多态性(SNP)及其交互作用与SCZ易感性的关联。
5.明确miR-30e-3p调控的直接靶标,以及两者的调控关系在SH-SY5Y细胞增殖,凋亡,分化,神经突形成等方面的功能,探索miR-30e-3p和靶基因在SCZ病因中的贡献。
方法:
1.利用15例首发SCZ患者和15例健康对照(HC,healthy control)的外周血miRNA高通量测序数据,进行标准化差异分析获得稳定差异表达的miRNAs(DEMs)。利用加权基因共表达网络分析(WGCNA)构建miRNA共表达模块,验证其保守性;模块-性状关联分析筛选与SCZ相关模块和模块内关键miRNA;并对其靶基因进行GO,KEGG通路富集分析,蛋白质相互作用网络(PPI)分析,总结模块的生物学功能。
2.将DEMs与模块中关键miRNAs取交集,利用RT-qPCR对其表达变化进行验证(验证样本:51 SCZ,51HC),获得hub miRNAs。分别采用logistic回归(LR),随机森林(RF)和支持向量机(SVM)基于hub miRNA构建诊断模型,利用ROC曲线评估效果。
3.收集验证样本中患者(51例SCZ)的基本信息,简明精神病量表(BPRS),精神科护理观察量表(NOSIE),社会功能缺陷筛选量表(SDSS)评分,脑涨落分析报告,抗精神病药物使用情况,比较患者治疗前后各评分变化。利用Spearman相关分析计算miRNA表达水平与SCZ患者入院时各量表评分以及治疗前后评分变化的相关性。
4.将研究对象根据miRNA表达水平分为高低表达组,比较患者入院时组间各量表总分,治疗前后评分变化量,以及神经递质相对功率。
5.根据治疗后患者量表评分下降率,将研究对象分为应答组和无应答组,比较组间患者的基本信息和hub miRNA表达水平。利用ROC曲线,评价目标miRNA和mRNA在预测SCZ患者对抗精神病药物的应答情况的能力。
6.利用15例首发SCZ患者外周血中miRNA和mRNA的表达谱,通过WGCNA确定与阳性和阴性综合征量表(PANSS)评分相关的共表达模块。通过对共表达模块进行基因功能富集、基因-药物相互作用分析,Cibersort算法进行免疫细胞组成分析,以及hub miRNA表达水平与PANSS相关性分析等角度,综合证实阳性和阴性症状之间的异质性。通过症状相关miRNA靶基因预测和miRNA与mRNA表达量的相关性分析,构建症状相关的miRNA-mRNA调控网络,筛选调控对,预测结合位点。
7.将测序样本mRNA-Seq中表达显著上调的mRNA与miR-30e-3p预测靶基因取交集得到候选靶基因;利用RT-qPCR在验证样本中检测候选靶基因的表达。利用人类蛋白质图谱(Human Protein Atls,HPA)数据库,BrainSpan数据库和PsychENCODE数据库,分析miR-30e-3p候选靶基因在人脑中的时空表达模式;利