衰老進(jìn)程基因表達(dá)水平上的時空特征及淫羊藿總黃酮的干預(yù)效果研究.pdf

1、研究背景與目的:近年對衰老機(jī)制的研究成為熱點(diǎn),從不同角度產(chǎn)生了很多學(xué)說。這些學(xué)說大多是就衰老的某一個側(cè)面或者某個特定條件下或者某種衰老現(xiàn)象進(jìn)行研究。衰老是機(jī)體功能的系統(tǒng)性衰退,在機(jī)體某個層面(如轉(zhuǎn)錄層面、蛋白質(zhì)層面、代謝層面等)全局、系統(tǒng)化的挖掘衰老進(jìn)程的時間動態(tài)模式、功能變化、組織空間關(guān)聯(lián)關(guān)系及演化規(guī)律能夠從整體上增強(qiáng)對衰老的認(rèn)識,這方面的研究目前還很欠缺。另外,衰老幾乎涉及到機(jī)體的全部和整個生命周期,衰老的系統(tǒng)性研究又需要分層次有針

2、對性的展開,所以必須尋求一個具有臨床干預(yù)實(shí)踐的切入點(diǎn)。中醫(yī)腎虛證理論經(jīng)過長期的臨床實(shí)踐有它所針對的辯證范圍,與衰老有密切聯(lián)系,這點(diǎn)可成為我們研究衰老的切入點(diǎn)。因此,本課題以系統(tǒng)生物學(xué)理論為指導(dǎo),以生物信息學(xué)數(shù)據(jù)挖掘方法為工具,對中醫(yī)“腎虛證”多年來的研究成果進(jìn)行有機(jī)的整合,在基因表達(dá)水平上系統(tǒng)揭示衰老進(jìn)程中腎虛證相關(guān)的下丘腦、垂體、腎上腺、脾淋巴細(xì)胞、腎臟、肝臟、骨7個組織中基因的時間動態(tài)表達(dá)模式及功能狀態(tài)變化特征,進(jìn)一步系統(tǒng)挖掘各組織

3、空間的基因分布規(guī)律、組織間關(guān)聯(lián)性及演變特征。最后,通過“以藥測證”在基因水平上觀察補(bǔ)腎藥淫羊藿總黃酮(EF)對衰老的干預(yù)效果,以揭示腎虛證內(nèi)涵。
　　 研究內(nèi)容及方法:
　　 1、衰老進(jìn)程各組織基因表達(dá)的時間動態(tài)模式
　　 分別對7個組織進(jìn)行前后時間連動性比較,并通過模式得分計(jì)算,挖掘各組織時間動態(tài)模式及所包含的基因。宏觀分析衰老進(jìn)程的時間動態(tài)模式總體特征,進(jìn)一步通過分析模式基因顯著富集的生物通路來全局的揭示衰老

4、進(jìn)程機(jī)體功能狀態(tài)的系統(tǒng)性變化特征。
　　 2、衰老進(jìn)程中基因表達(dá)水平上的時空關(guān)聯(lián)研究
　　 機(jī)體作為一個整體,因而各組織之間在衰老進(jìn)程中必然存在各種聯(lián)系及聯(lián)系演化,體現(xiàn)為組織間同步(共性)發(fā)展、非同步發(fā)展及特異性發(fā)展。通過超幾何分布計(jì)算組織間是否具有統(tǒng)計(jì)顯著性關(guān)聯(lián)關(guān)系,進(jìn)而建立各時間階段各組織間基因表達(dá)行為的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)演變特征。進(jìn)一步進(jìn)行夸時空比較,構(gòu)建衰老進(jìn)程中的時空立體關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò),來反映衰老進(jìn)程組織空間發(fā)展的同

5、步性、非同步性及特異性。
　　 3、淫羊藿總黃酮在基因表達(dá)水平上對衰老的作用效果
　　 研究延緩衰老的有效中藥成分—淫羊藿總黃酮(EF)對大鼠衰老狀態(tài)下的下丘腦、垂體、腎上腺、淋巴、腎、肝臟、骨7個組織在全基因表達(dá)水平上的調(diào)節(jié)作用。篩選各組織中經(jīng)藥物EF干預(yù)而表達(dá)改變的基因,通過超幾何分布統(tǒng)計(jì)EF對基因作用是否有顯著的逆轉(zhuǎn)效果。最后對藥物逆轉(zhuǎn)基因進(jìn)行功能分析,以期在基因表達(dá)的系統(tǒng)層面上闡述淫羊藿總黃酮(EF)對衰老的作用

6、效果,進(jìn)而通過“以藥測證”思想揭示腎虛癥的內(nèi)涵。
　　 研究結(jié)果與結(jié)論:
　　 1、衰老進(jìn)程各組織基因表達(dá)的時間動態(tài)模式
　　 各組織中絕大多數(shù)基因隨衰老進(jìn)程無時間動態(tài)變化(零模式),只有少數(shù)基因出現(xiàn)變化,總體歸納為上調(diào)趨勢模式和下調(diào)趨勢模式,兩者數(shù)量相當(dāng)。在這些上下調(diào)趨勢模式中,-1和1模式(分別反映機(jī)體從青年到中年過程中下調(diào)和上調(diào)的基因),-3和3模式(分別反映機(jī)體從中年到中老年過程中下調(diào)和上調(diào)的基因),-9

7、和9模式(分別反映機(jī)體從中老年到老年過程中下調(diào)和上調(diào)的基因)是衰老進(jìn)程中基因的主要時間動態(tài)模式。其中,1模式和-1模式尤其包含更多基因。這說明衰老進(jìn)程中在特定的時間,特定的組織空間依次開啟和關(guān)閉一批特定的基因,這點(diǎn)印證了程序性衰老學(xué)說觀點(diǎn)。
　　 生物通路功能分析,在7個組織共挖掘出46條顯著富集下調(diào)趨勢基因的生物通路,46條顯著富集上調(diào)趨勢基因的生物通路。通路主要包括腫瘤相關(guān)、干細(xì)胞信號途徑、TGFβ信號途徑、細(xì)胞黏附以及基質(zhì)

8、與細(xì)胞相互作用、PPAR信號通路、代謝相關(guān)(糖、脂、蛋白質(zhì))及老年相關(guān)疾病如糖尿病、神經(jīng)退行性疾病等方面。
　　 2、衰老進(jìn)程中基因表達(dá)水平上的時空關(guān)聯(lián)
　　 衰老的時間漸進(jìn)中,各組織差異表達(dá)基因群之間同時存在同步性(共性)關(guān)聯(lián)、非同步關(guān)聯(lián)及特異性這三種關(guān)系。不同的時間階段,空間上各組織間基因表達(dá)行為關(guān)聯(lián)關(guān)系特征不同:從青年->中年->中老年->老年這個時間漸進(jìn)階段,空間上各組織間同步性關(guān)聯(lián)關(guān)系逐漸減弱,非同步性關(guān)系逐漸

9、出現(xiàn),特異性逐漸增強(qiáng),是一個從共性走向特異性,關(guān)聯(lián)程度逐漸降低的過程。其中,青年到中年階段,組織間關(guān)系以共性為主流特征;中年到中老年階段非同步性關(guān)系上升為主流特征,而到老年是以特異性為主流特征的。
　　 腎上腺(AR)在4月齡->10月齡階段的差異基因群處在各組織空間同步性(共性)連接的核心點(diǎn)上,下丘腦(H)和腎(KR)在10月齡->18月齡階段的基因群處在整個時空網(wǎng)絡(luò)不同步性連接的核心點(diǎn)上?？偟膩砜?腎上腺(AR)、下丘腦(H

10、)和腎(KR)三個組織間各種關(guān)聯(lián)關(guān)系(同步性、不同步性)較為密切。
　　 3、淫羊藿總黃酮(EF)在基因表達(dá)水平上對衰老的作用效果
　　 EF對機(jī)體的神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫、代謝系統(tǒng)有重要的調(diào)節(jié)作用,EF對各種激素、血管加壓素和腎上腺11-β類固醇脫氫酶(hydroxysteroid11-betadehydrogenase1)等上調(diào)表達(dá),表明了EF具有促進(jìn)HPA功能的作用。EF干預(yù)調(diào)節(jié)骨組織大量膠原、前膠原表達(dá)升高,同時看到

11、轉(zhuǎn)化生長因子TGFB也顯著上調(diào),說明EF促進(jìn)細(xì)胞間通訊與聯(lián)系,具有重建骨組織的能力,這點(diǎn)與EF補(bǔ)腎強(qiáng)骨的功效相符。
　　 從宏觀上,EF對不同組織的衰老有不同程度的逆轉(zhuǎn)作用,體現(xiàn)出EF對不同組織的作用選擇性。EF對同一組織不同基因有不同程度的逆轉(zhuǎn)作用,體現(xiàn)出EF對同一組織不同基因的作用選擇性。顯示腎上腺組織4月或10月狀態(tài)中發(fā)生改變的基因是EF作用的核心點(diǎn)。腎虛證的功能內(nèi)涵發(fā)生在神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫、代謝功能系統(tǒng)上,分別和下丘腦、