研究目的:重度抑郁症(Major depressive disorder;MDD)是由遗传、环境和心理等多种因素共同作用而引起的复杂性精神系统障碍疾病。随着全球抑郁症患者的不断增加,重度抑郁症已经成为仅次于人类心脏病的第二大疾患,它不仅严重影响患者的健康和生活,也给家庭和全社会都带来了沉重的负担。探索抑郁症发病的分子机理,是开发预防和治疗此类疾病的药物及治疗方法的基础。近年来,已经通过候选基因的遗传关联研究或在全基因组关联研究鉴定了许多可能与MDD具有遗传相关性的基因。然而,在许多情况下,这些基因及基因间的相互作用在MDD发病过程中的作用仍不清楚。本研究将试图对与MDD具有遗传相关性的基因进行系统全面的分析。我们通过筛选人类遗传关联研究收集MDD显著相关的易感基因,然后基于功能分析和通路串话分析揭示与这些基因相关的生物过程,探索疾病涉及的通路模块及其通路之间的关系。此外,在人类蛋白质相互作用组的背景下构建了MDD特异性子网络,该网络进一步提供了与MDD相关的基因之间关系的更多信息,并引入了可能与该疾病相关的新基因。总之,基于通路和网络的方法探索了系统生物学水平上MDD发病的分子机制。另一方面,考虑到重度抑郁症和阿尔茨海默症存在共病,研究中又应用通路和网络分析的方法,研究比较了两种疾病相关易感基因涉及的生化过程和通路,从分子层面探索了二者之间的关系。研究方法:1.候选基因与MDD相关的易感基因均由人类遗传学关联研究所确定。通过特定的关键词进行检索及文献查阅,确定了与重度抑郁症相关的易感基因集(Major depressive disorder gene set;MDDgene)。与阿尔茨海默症相关的易感基因集(Alzheimer’s disease gene set;ADgene)则是已有的基因集的基础上补充新的基因而得到。2.重度抑郁症易感基因的功能富集分析为了揭示MDD相关基因的主要生物学特征,我们对它们的功能特征进行了分析。首先对MDD易感基因进行Gene Ontology(GO)类别的富集分析,而后合并删除冗余条目,最终获得与MDD相关的GO Biological Process条目列表。3.生物学通路分析和通路串话分析通过对与MDD相关易感基因进行生物学通路的富集分析,以及对相关通路形成的通路串话网络进行分析,确定了与MDD相关的主要通路以及通路之间的相互关系。我们进一步总结了通路形成的与MDD相关的主要生物模块系统,并从宏观层次上探索疾病的病因。4.蛋白质相互作用网络分析鉴于蛋白质相互作用(PPIs)在复杂生物过程中的广泛影响,我们构建了MDD易感基因的蛋白质互作网络,分析其网络拓扑特性;并对构建的蛋白质网络进行了聚类分析,以探索主要的疾病模块和生物功能。5.构建重度抑郁症相关特异性子网络本研究中用节点加权施泰纳最小树算法从人类PPI背景网络中提取了MDD的特异疾病子网络;同时,通过分析该特异子网络预测了重度抑郁症相关潜在风险基因。6.基于网络和通路的方法分析比较重度抑郁症和阿尔茨海默症通过相关分析工具进行通路分析和蛋白质互作网络分析,比较MDDgene和ADgene两个数据集,构建二者之间重要生物通路串话网络,并从分子层面探索二者之间的共病关联性,预测二者风险易感基因。研究结果:1.疾病易感基因集通过筛选和查看与人类MDD研究相关的1514篇研究报告,得到了包含255个与MDD存在显著关联的疾病易感基因。AD基因集通过整合前人已经确定的430个易感基因和新增加的遗传学关联研究的157个疾病基因,最终整合了587个AD易感基因。2.GO BP富集分析与MDD相关的基因中显著富集的GO条目主要分布在细胞信号传导、突触传递、细胞转运、内分泌系统或对刺激的反应等类别中。典型的条目包括压力、创伤及疼痛的反应、多巴胺转运、多巴胺代谢过程、神经元凋亡过程和激素分泌等。3.生物学通路和串话网络分析通过对MDD易感基因的富集分析,鉴定了73条显著富集的通路;其中包括与神经传递或神经功能调节相关的通路,例如神经活性配体-受体相互作用、谷氨酸能突触、5-羟色胺能突触、多巴胺能突触、GABA能神经突触、胆碱能突触和逆行内源性大麻素信号传导;一些参与细胞信号级联的通路也被富集,例如cAMP信号传导通路、MAPK信号传导通路和钙信号传导通路。此外,与神经系统疾病和免疫反应相关的生物通路也包含在所富集的通路之中。这些显著富集的通路经过串话分析后,形成三个主要模块,即细胞信号转导和内分泌控制模块,与神经传递、神经紊乱和内分泌代谢疾病相关的模块,以及与免疫系统相关的模块。4.PPIN和特异性子网络分析通过对构建的MDD特异性子网络进行拓扑特征分析,发现子网络中MDD基因的覆盖率相对较高且网络节点度的分布呈现明确的右偏状态。将它与AD和Cancer的基因集进行比较后发现,MDD和AD在网络层面上更为接近,说明神经系统类疾病与癌症存在明显的不同。随后,在MDD特异性分子网络中引入了MDD相关基因外的35个新基因,分析发现这些新基因与MDD相关基因存在密切关联,表明它们很有可能与该疾病的病理过程相关。此外,通过对这35个基因的分析,从中确定了6个可能与MDD发展相关的潜在风险基因,其中包括GRB2、APP和HSP90AB1等。5.基于网络和通路的方法分析比较重度抑郁症和阿尔茨海默症通过比较与MDD和AD相关的基因集、通路以及网络拓扑参数等,我们得到了两者共有的重要通路45条,并构建了基于共有通路的串话关系网络。分析发现这些通路与MDD的关系更为密切,说明在两种疾病共病状态中,MDD可能比AD占主导作用的比重较大。通过网络拓扑特征的分析,发现至少在网络层面,MDD和AD的特征是较为接近的,与癌症具有明显的区别。研究结论:1.MDD是一种复杂的多基因精神系统类疾病,其发病机制涉及多个生物学过程和生化通路。其中,机体免疫系统、神经系统和内分泌系统的共同紊乱可能引起疾病的发生和发展。2.通过与癌症的分析网络相比较,MDD和AD之间较为接近,反映出神经系统类疾病与癌症的明显区别。3.通过特异性子网络筛选得到的六个关键基因APP、HSP90AB1、PRKACA、GRB2、PRKCA和SP1,它们可能在MDD的发展过程中起着重要的作用。4.经过疾病蛋白质网络的构建和分析,最终推测出可能和MDD、AD发病同时具有潜在易感的基因,这些基因为未来两种疾病的共病研究提供了有价值的参考。5.本研究中功能和通路富集分析的结果与已有研究及数据库中结果具有较高的一致性,说明MDD和AD的易感基因集较为可靠,为今后重度抑郁症和阿尔茨海默症相关的实验研究和相应的数据库构建提供了有参考价值的疾病易感基因。