基于转录组学和代谢组学的慢性乙型肝炎苔白和苔黄患者的生物学基础研究

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目的:运用转录组学和代谢组学技术探讨慢性乙型肝炎(Chronic hepatitis B,CHB,简称慢乙肝)苔白和苔黄患者潜在的生物学基础差异,揭示“外在”舌象的局部变化与“内在”机体的整体物质基础变化之间的联系,为中医舌诊及其辨证论治提供科学依据。  方法:在课题组前期研究的基础上,(1)通过对1474例慢乙肝患者的回顾性研究,探讨慢乙肝苔白和苔黄患者的中医临床表现特征及其证型分布特征。(2)选取慢乙肝典型苔白和苔黄的病例及典型舌淡红苔薄白的健康志愿者进行如下研究:①转录组学研究:提取典型样本的外周血白细胞总mRNA,运用Affymetrix公司的Human Genome U219 Array Plate基因芯片对质控合格的样本进行基因表达谱检测,筛选出差异基因(差异表达倍数≥1.5,P<0.05),采用IPA(Ingenuity PathwayAnaylsis)软件对差异基因进行生物学功能注释和信号通路分析,分析探讨慢乙肝苔白和苔黄患者的转录组学特征。②代谢组学研究:采用气相色谱质谱联用技术(Gaschromatography mass spectrometry,GC-MS)对同批次慢乙肝患者和健康志愿者的血液样本进行代谢组学检测,采用SIMCA-P11.5软件进行主成分分析(PrincipalComponent Analysis,PCA)和偏最小二乘判别分析(Orthogonal partial least squaresdiscriminant analysis,PLS-DA),探讨不同组间是否存在代谢物质的差异,之后根据P<0.1,VIP>1.0(Variable important in projection,重要变量投影系数)的原则寻找造成样本聚集和离散的主要差异变量,利用在线代谢组学分析数据库MetaboAnalyst3.0对鉴定出来的差异代谢物进行通路分析,获得慢乙肝苔白和苔黄患者的代谢组学特征。最后,整合转录组学和代谢组学信息,探讨慢乙肝不同舌象患者潜在的生物学基础差异。  结果:(1)1474例慢乙肝患者中苔白者714例,苔黄者760例,苔白组和苔黄组间出现频率差异有统计学意义(P<0.05)的症状共27项,苔白者伴随的特征性高频症状有舌淡(77.45%)、苔薄(87.25%)、脉弦(56.86%)、脉细(36.55%),苔黄者伴随的特征性高频症状有舌红(55.00%)、苔薄(62.50%)、苔腻(61.97%)、口苦(40.13%)、口干渴(32.89%)、脉弦(74.61%),苔白者多见肝郁脾虚证(47.34%),苔黄者多见肝胆湿热证(68.03%)。(2)转录组学研究结果显示:①在有监督的PLS-DA模型中苔白组、苔黄组和健康组间具有明显的分离趋势,提示慢乙肝苔白者和苔黄者潜在转录组层面的差异。慢乙肝组与健康组相比共有差异基因638个(159个上调,479个下调);苔白组与健康组相比,共有差异基因945个(130个上调,815个下调),苔黄组与健康组相比,共有差异基因716个(247个上调,469个下调);苔黄组与苔白组相比,共有差异基因220个(214个上调,6个下调)。②差异基因IPA富集分析结果显示,慢乙肝患者在病毒复制和病毒感染被抑制的同时伴随细胞死亡和坏死增加、增殖和存活减少等生物学功能的改变,这可能是机体抗病毒免疫反应的外周表现;与抗病毒特异性效应T细胞功能密切相关通路(Th1、Th2、ICOS-ICOSL等)的抑制提示慢乙肝患者的免疫抑制;慢乙肝患者的氨基酸代谢和蛋白质合成发生了显著的变化。除了上述疾病的转录特征,③慢乙肝苔白组细胞运动、蛋白质合成和分解代谢及脂肪酸合成均被抑制;|Activationz-score|≥2的通路有25条,仅干扰素信号通路激活,包括与免疫密切相关的通路如树突细胞成熟、ICOS-ICOSL信号在T辅助细胞中的表达、B细胞受体信号通路、CD28信号在T辅助细胞中的表达、T淋巴细胞中的PKC(O)信号等均被显著抑制。④苔黄组树突细胞的运动功能被激活,富集到3条|Activationz-score|≥2的通路,均被激活,其中包括干扰素信号通路和树突细胞成熟通路,此外,苔黄组D-葡萄糖摄取增加,蛋白质合成和分解代谢抑制程度轻于苔白组。⑤苔黄组与苔白组差异基因的生物学功能主要与细胞运动密切相关,如细胞骨架、微管动力学、细胞突触形成,且均被激活(前两个在苔白组被抑制),并富集到糖酵解、糖异生、TCA循环、磷酸戊糖途径等相关通路。(3)代谢组学研究结果显示:①在有监督的PLS-DA模型中,苔白组、苔黄组和健康组间具有显著的分离趋势,提示慢乙肝苔白和苔黄患者潜在代谢层面的差异。②慢乙肝患者与健康人相比共有10种差异代谢物,其中糖酵解产物乳酸以及TCA循环的中间产物苹果酸和柠檬酸增加,精氨酸减少,差异代谢物主要与TCA循环、丙酮酸代谢、丙酸代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢相关。除了上述疾病的代谢特征,③慢乙肝苔白组的特异性差异代谢物为酪氨酸(上调),与氨酰-tRNA生物合成有关。④慢乙肝苔黄组与苔白组及健康组相比脂肪类化合物如9-(Z)-O-十八碳烯酸、正十六烷酸、9-(Z)-十六碳烯酸、月桂酸均不同程度上调,并特异性富集到脂肪酸生物合成通路。  结论:①慢乙肝苔白和苔黄患者具有各自特征性的中医临床表现及证型分布特征,其常用临床生化指标间无统计学差异。②慢乙肝苔白和苔黄患者存在显著的转录组和代谢组层面上的生物学基础差异。苔白者的免疫和代谢抑制较苔黄者显著,苔黄者相对活跃的免疫和代谢反应可能与增加的糖酵解驱动TCA循环和磷酸戊糖途径促进脂肪酸合成以支持树突细胞成熟有关。③“外在”舌象的局部变化与“内在”机体的整体变化密切相关,舌象有其特定的生物学基础。
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