衰老进程基因表达水平上的时空特征及淫羊藿总黄酮的干预效果研究

论文摘要

研究背景与目的:近年对衰老机制的研究成为热点,从不同角度产生了很多学说。这些学说大多是就衰老的某一个侧面或者某个特定条件下或者某种衰老现象进行研究。衰老是机体功能的系统性衰退,在机体某个层面（如转录层面、蛋白质层面、代谢层面等）全局、系统化的挖掘衰老进程的时间动态模式、功能变化、组织空间关联关系及演化规律能够从整体上增强对衰老的认识,这方面的研究目前还很欠缺。另外,衰老几乎涉及到机体的全部和整个生命周期,衰老的系统性研究又需要分层次有针对性的展开,所以必须寻求一个具有临床干预实践的切入点。中医肾虚证理论经过长期的临床实践有它所针对的辩证范围,与衰老有密切联系,这点可成为我们研究衰老的切入点。因此,本课题以系统生物学理论为指导,以生物信息学数据挖掘方法为工具,对中医“肾虚证”多年来的研究成果进行有机的整合,在基因表达水平上系统揭示衰老进程中肾虚证相关的下丘脑、垂体、肾上腺、脾淋巴细胞、肾脏、肝脏、骨7个组织中基因的时间动态表达模式及功能状态变化特征,进一步系统挖掘各组织空间的基因分布规律、组织间关联性及演变特征。最后,通过“以药测证”在基因水平上观察补肾药淫羊藿总黄酮（EF）对衰老的干预效果,以揭示肾虚证内涵。研究内容及方法:1、衰老进程各组织基因表达的时间动态模式分别对7个组织进行前后时间连动性比较,并通过模式得分计算,挖掘各组织时间动态模式及所包含的基因。宏观分析衰老进程的时间动态模式总体特征,进一步通过分析模式基因显著富集的生物通路来全局的揭示衰老进程机体功能状态的系统性变化特征。2、衰老进程中基因表达水平上的时空关联研究机体作为一个整体,因而各组织之间在衰老进程中必然存在各种联系及联系演化,体现为组织间同步（共性）发展、非同步发展及特异性发展。通过超几何分布计算组织间是否具有统计显著性关联关系,进而建立各时间阶段各组织间基因表达行为的关联关系网络及网络演变特征。进一步进行夸时空比较,构建衰老进程中的时空立体关联网络,来反映衰老进程组织空间发展的同步性、非同步性及特异性。3、淫羊藿总黄酮在基因表达水平上对衰老的作用效果研究延缓衰老的有效中药成分—淫羊藿总黄酮（EF）对大鼠衰老状态下的下丘脑、垂体、肾上腺、淋巴、肾、肝脏、骨7个组织在全基因表达水平上的调节作用。筛选各组织中经药物EF干预而表达改变的基因,通过超几何分布统计EF对基因作用是否有显著的逆转效果。最后对药物逆转基因进行功能分析,以期在基因表达的系统层面上阐述淫羊藿总黄酮（EF）对衰老的作用效果,进而通过“以药测证”思想揭示肾虚症的内涵。研究结果与结论:1、衰老进程各组织基因表达的时间动态模式各组织中绝大多数基因随衰老进程无时间动态变化（零模式）,只有少数基因出现变化,总体归纳为上调趋势模式和下调趋势模式,两者数量相当。在这些上下调趋势模式中,-1和1模式（分别反映机体从青年到中年过程中下调和上调的基因）,-3和3模式（分别反映机体从中年到中老年过程中下调和上调的基因）,-9和9模式（分别反映机体从中老年到老年过程中下调和上调的基因）是衰老进程中基因的主要时间动态模式。其中,1模式和-1模式尤其包含更多基因。这说明衰老进程中在特定的时间,特定的组织空间依次开启和关闭一批特定的基因,这点印证了程序性衰老学说观点。生物通路功能分析,在7个组织共挖掘出46条显著富集下调趋势基因的生物通路,46条显著富集上调趋势基因的生物通路。通路主要包括肿瘤相关、干细胞信号途径、TGFβ信号途径、细胞黏附以及基质与细胞相互作用、PPAR信号通路、代谢相关（糖、脂、蛋白质）及老年相关疾病如糖尿病、神经退行性疾病等方面。2、衰老进程中基因表达水平上的时空关联衰老的时间渐进中,各组织差异表达基因群之间同时存在同步性（共性）关联、非同步关联及特异性这三种关系。不同的时间阶段,空间上各组织间基因表达行为关联关系特征不同:从青年→中年→中老年→老年这个时间渐进阶段,空间上各组织间同步性关联关系逐渐减弱,非同步性关系逐渐出现,特异性逐渐增强,是一个从共性走向特异性,关联程度逐渐降低的过程。其中,青年到中年阶段,组织间关系以共性为主流特征;中年到中老年阶段非同步性关系上升为主流特征,而到老年是以特异性为主流特征的。肾上腺（AR）在4月龄→10月龄阶段的差异基因群处在各组织空间同步性（共性）连接的核心点上,下丘脑（H）和肾（KR）在10月龄→18月龄阶段的基因群处在整个时空网络不同步性连接的核心点上。总的来看,肾上腺（AR）、下丘脑（H）和肾（KR）三个组织间各种关联关系（同步性、不同步性）较为密切。3、淫羊藿总黄酮（EF）在基因表达水平上对衰老的作用效果EF对机体的神经、内分泌、免疫、代谢系统有重要的调节作用,EF对各种激素、血管加压素和肾上腺11-β类固醇脱氢酶（hydroxysteroid 11-betadehydrogenase 1）等上调表达,表明了EF具有促进HPA功能的作用。EF干预调节骨组织大量胶原、前胶原表达升高,同时看到转化生长因子TGFβ也显著上调,说明EF促进细胞间通讯与联系,具有重建骨组织的能力,这点与EF补肾强骨的功效相符。从宏观上,EF对不同组织的衰老有不同程度的逆转作用,体现出EF对不同组织的作用选择性。EF对同一组织不同基因有不同程度的逆转作用,体现出EF对同一组织不同基因的作用选择性。显示肾上腺组织4月或10月状态中发生改变的基因是EF作用的核心点。肾虚证的功能内涵发生在神经、内分泌、免疫、代谢功能系统上,分别和下丘脑、垂体、肾上腺、淋巴、骨等组织有密切联系,其中肾上腺扮演了重要角色。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 材料与实验
• 2.1 实验材料
• 2.2 基因表达谱检测
• 2.3 图像处理
• 第三章 衰老进程中的时空特征研究
• 3.1 衰老进程各组织基因表达的时间动态模式
• 3.2 衰老进程中基因表达水平上的时空关联研究
• 第四章 淫羊藿总黄酮在基因表达水平上对衰老的作用效果
• 4.1 方法
• 4.2 结果
• 4.3 讨论
• 第五章 总结
• 参考文献
• 综述一 基因芯片与基因表达谱分析
• 综述二 热量限制延缓衰老的机制研究进展
• 博士期间发表文章
• 致谢