从多组学角度探讨肠道微生物与卒中后抑郁的相关性

来源 :右江民族医学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shyan
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目的:通过对正常组、卒中组、卒中后抑郁组粪便、血液进行16S rDNA及非靶向代谢检测,初步探讨肠道微生物、血液代谢物变化与卒中后抑郁(post-stoke depression,PSD)的相关性;同时结合转录组学数据、差异肠道微生物、差异代谢物进行关联分析,进一步探究肠道微生物参与卒中后抑郁的生物学发病机制,为卒中后抑郁的发病机制提供新的思路和实验室依据,为卒中后抑郁的防治提供新的靶点。方法:(1)于右江民医学院附属医院收集符合入组条件的卒中后抑郁患者共36例(粪便26份,血清36份)作为卒中后抑郁组(C组),卒中患者共34例(粪便34份,血清32份)作为卒中组(B组),健康者共30例(粪便30份,血清30份)作为正常组(A组)。收集每组研究对象的粪便以及空腹静脉血,粪便用于16S rDNA测序,空腹静脉血提取血清后用于非靶向代谢组测序。(2)从美国国家生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)网站分别下载卒中患者和抑郁患者的转录组数据,通过差异表达分析鉴定与健康者相比,卒中患者和抑郁患者中存在的差异表达基因,并且通过配对样本分析,鉴定卒中恢复介导抑郁发生过程中的恢复过度分子以及恢复但不完全分子。(3)使用clusterprofiler包进行基因本体论(gene ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析。使用GSEA软件进行基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA)。(4)基于液相色谱-多级质谱联用技术(liquid chromatograph/mass spectrometermass spectrometer,LC/MS-MS)对收集到的血清进行非靶向代谢组学分析,通过单变量统计分析、多变量统计分析鉴定卒中患者及卒中后抑郁患者差异代谢物,并进行生物学分析。(5)通过α、β多样性分析、线性判别分析(Linear discriminant analysis,LDA)、LEf Se分析(LDA Effect Size)以及元基因组概况的统计分析(Statistical Analysis of Metagenomic Profiles,STAMP)对卒中和卒中后抑郁患者的肠道微生物生态景观进行探索。(6)联合非靶向代谢组数据、16S rDNA测序数据以及转录组数据构建综合调控网络,探索肠道微生物参与卒中后抑郁的可能机制。结果:(1)受试者一般情况结果比较:年龄、体重指数(Body Mass Index,BMI)和性别方面:正常组、卒中组和卒中后抑郁组之间两两比较,无统计学差异(P>0.05)。美国国立卫生研究院卒中量表(National Institute of Health stroke scale,NIHSS)评分方面:正常组与卒中组及卒中后抑郁组对比,差异有统计学意义(P<0.05);卒中组与卒中后抑郁组对比,差异无统计学意义(P>0.05)。汉密顿抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)评分方面:正常组与卒中组相比,差异无统计学意义(P>0.05);正常组及卒中组与卒中后抑郁组相比,差异有统计学意义(P<0.05)。(2)经过差异表达分析发现,与健康人相比,卒中患者中共包括1492个差异表达基因,而抑郁患者中包括4376个表达基因。卒中和抑郁中均上调的共失调分子在卒中恢复过程中仍然保持低水平的高表达;在卒中和抑郁中均下调的共失调分子在卒中恢复过程中仍然保持低水平的低表达;在卒中中表达下调而在抑郁中表达上调的分子在卒中恢复过程中,显著低表达的分子过度恢复,其丰度恢复到超过正常人大脑皮层的表达水平;在卒中中表达上调而在抑郁中表达下调的分子在卒中恢复过程中,显著高表达的分子过度恢复,其丰度恢复到低于正常人大脑皮层的表达水平。(3)富集分析结果表明卒中和抑郁的共失调分子、卒中过程中过度改变而介导抑郁的分子特征和抑郁特异性分子所参与的生物学进程大多与代谢、免疫、微生物和神经相关。(4)经非靶向代谢组学检测及生物学信息学分析,与对照组相比,在P<0.05的条件下,卒中患者中存在有3443个失调代谢物。失调代谢物主要参与抗坏血酸盐和藻酸盐代谢以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成两条代谢通路。(5)经非靶向代谢组学检测及生物学信息学分析,在P<0.05的条件下,与对照组相比,卒中后抑郁患者中存在5408个差异代谢物;与卒中患者相比,卒中后抑郁患者中存在1749个差异代谢物,其中包括53个共同的异常代谢物,阿坎酸在发展为抑郁的过程中显著减少,失调的代谢物主要参与缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成代谢通路。(6)经16S rDNA测序及生物信息学分析,α多样性结果表明,对照组的物种丰富度和多样性均最高,卒中组次之,卒中后抑郁组最低。β多样性结果表明,卒中组的物种多样性最高,对照组次之,卒中后抑郁组最低。STAMP差异分析结果表明在对照组和卒中组中,显著性最高的差异物种为丹参科UCG-003属;在对照组和卒中后抑郁组中,显著性最高的差异性物种为假单胞菌;在卒中组和卒中后抑郁组中,显著性最高的差异性物种为假单胞菌。(7)相关性分析结果表明在P<0.05的条件下,涉及59个失调代谢物以及518个失调OTU,共有3038个显著的相关对,表明在卒中后抑郁患者中失调代谢物和失调微生物之间存在着广泛的相互作用。对失调微生物、失调代谢物、失调基因构建一个全局调控网络,结果发现失调微生物、失调代谢物(肌苷、鸟苷、α-生育酚、腺嘌呤、腺苷和胸腺嘧啶)、失调基因(GNAO1、PRKCB、HRAS、GRIA2、KRAS和MAPK1基因)和失调表型功能(沙罗门菌感染,志贺氏菌病,致病性大肠埃希菌感染,阿尔茨海默病,c AMP信号通路,亨廷顿病,神经活性配体-受体相互作用,Ras信号通路,MAPK信号通路,MAPK信号通路,长期抑郁和凋亡)中存在着广泛的相互作用。结论:本研究发现肠道微生物可能通过调节卒中患者血液肌苷、鸟苷、α-生育酚、腺嘌呤、腺苷和胸腺嘧啶等代谢物水平变化并可能主要通过诱导GNAO1、PRKCB、HRAS、GRIA2、KRAS和MAPK1等基因的表达失调介导表型变化从而参与卒中后抑郁的发生。
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