论文部分内容阅读
目的： 作为一个常用的脑影像结构指标，大脑皮层体积（cerebral cortical volume,CCV）已被证实与多种行为学及神经精神类疾病存在重要关系。本文旨在探索寻找影响CCV脑区差异性的保守基因模块，并对这些基因模块进行基因集富集分析、细胞类型-特异性表达分析(cell type-specific expression analysis,CSEA)及时间特异性表达分析，深入了解这些基因模块的特点及其影响CCV脑区差异性的可能机制。 材料与方法： 本研究分为三部分，其中发现部分利用艾伦脑图谱（Allen Human Brain Atlas,AHBA）提供的6名捐献者的脑基因表达数据及脑影像数据。首先根据差异稳定性（differential stability,DS）指标对AHBA提供的20736个基因进行筛选降维，鉴于差异稳定性反映基因的脑区差异性表达模式在人群中的稳定性，且DS高的基因更具有脑组织特异性及脑功能重要性，因此仅保留DS位于前50%的基因（10370）。然后利用加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis，WGCNA）对高DS的基因进行聚类分析，得到在6个捐献脑中均稳定存在的一致性基因模块。最后利用跨大脑皮层采样点的皮尔逊相关分析来探索每个模块的本征基因（module eigengene，ME）与CCV的空间相关性，找出在大多数捐献中均与CCV有一致性显著相关的基因模块。为了验证这种相关的稳定性及普适性，本研究的验证部分则利用年龄及种族各不相同的4个独立数据集的脑影像数据，即来自人脑连接组计划（Human Connectome Project，HCP)的200例（男女各100例）正常青年受试者；来自阿尔茨海默病神经影像联盟（Alzheimer Disease Neuroimaging Initiative，ADNI)的226例（108例女性，118例男性）正常老年受试者；以及1102例（595例女性，507例男性）中国正常青年（healthy young Chinese，CHI-Y）受试者和21例（14例女性，7例男性）中国正常老年（healthy elder Chinese，CHI-E）受试者，探索在不同人群中CCV和上述基因模块是否仍存在一致性显著相关。最后的注释部分是对发现的经典基因模块进行基因集富集分析、细胞类型-特异性表达分析及时间特异性表达分析。 结果： 1.本研究运用WGCNA将高DS的10370个基因分为43个稳定的基因模块。 2.在这43个基因模块中，有2个模块与CCV存在空间相关性，这种相关性在AHBA的5/6个捐献脑中存在一致性显著相关，且这种相关性在4个年龄及种族不同的独立数据集中得到了验证。 3.与CCV相关的基因模块富集在神经元及突触上，细胞类型-特异性表达分析提示这些基因模块主要在皮层神经元特异性表达，时间特异性表达分析表明与CCV正相关的基因模块主要在发育的关键时期高度表达，而与CCV负相关的基因模块在各时期表达模式各不相同。 结论： 1.大脑皮层神经元（而非皮层其他组织）的保守基因的表达与CCV的脑区差异性有关。 2.与CCV正相关的基因模块与大脑皮层的早期发育过程有关，而与CCV负相关的基因模块则与大脑皮层的发育及老化过程均有关。