與尼古丁成癮相關(guān)的信號(hào)通路與蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析.pdf

1、目的：
　　作為煙草中主要的致癮性物質(zhì)，尼古丁對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有廣泛的影響。研究表明，在尼古丁作用的影響下，生物體中多個(gè)分子與生化通路的表達(dá)狀態(tài)都會(huì)發(fā)生改變。然而對于其成癮機(jī)理，我們的理解還比較有限。本文通過利用基于通路富集分析與蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)(Protein-Protein Interaction Network，PPIN)分析的方法，對220個(gè)與尼古丁成癮相關(guān)的候選基因(Nicotine Addiction-related

2、 candidate Genes，NAGenes)進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定在尼古丁成癮過程中起主要作用的信號(hào)通路，構(gòu)建與其相關(guān)的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行分析，從而為理解與構(gòu)建尼古丁成癮的分子機(jī)制模型奠定基礎(chǔ)。
　　研究方法：
　　1.數(shù)據(jù)來源。本文所用數(shù)據(jù)是通過使用基于多個(gè)數(shù)據(jù)源的基因優(yōu)選方法所獲取的220個(gè)NAGenes。
　　2. GO富集分析。利用WebGestalt識(shí)別220個(gè)NAGenes中富集的GO術(shù)語，并通過D

3、AVID工具進(jìn)行功能注釋的聚類，了解NAGenes中富集的生物過程。
　　3. Pathway和pathway crosstalk分析。應(yīng)用工具IPA確定NAGenes中顯著性富集的信號(hào)通路，并通過分析 crosstalk觀察通路之間的相互作用以及利用軟件Cytoscape對結(jié)果進(jìn)行可視化。
　　4. PPIN分析。在人類PPIN背景下，計(jì)算尼古丁成癮的PPIN拓?fù)錅y量值，估測其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?；對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聚類分析，以便直觀地

4、觀察網(wǎng)絡(luò)中所涉及的主要生物功能。
　　5.尼古丁成癮特定的子網(wǎng)絡(luò)。利用施泰納最小樹算法，提取尼古丁成癮特定的子網(wǎng)絡(luò)，并驗(yàn)證該子網(wǎng)絡(luò)的非隨機(jī)性。同時(shí)，通過提取的子網(wǎng)絡(luò)識(shí)別新的潛在基因。
　　6.尼古丁成癮的分子網(wǎng)絡(luò)。通過綜合通路富集分析和PPIN分析的結(jié)果，初步構(gòu)建尼古丁成癮的分子網(wǎng)絡(luò)。
　　研究結(jié)果：
　　1. GO富集分析。通過GO富集分析發(fā)現(xiàn)，許多與神經(jīng)發(fā)育或突觸傳導(dǎo)相關(guān)的生物過程以及與離子通道活性或神經(jīng)遞質(zhì)

5、活性相關(guān)的分子功能在NAGenes中顯著性富集。例如，突觸傳遞、神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞、神經(jīng)遞質(zhì)受體活性、興奮性細(xì)胞外配體門控離子通道活性以及神經(jīng)元的投射等GO術(shù)語。
　　2. Pathway和pathway crosstalk分析。結(jié)果顯示，與神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和代謝過程相關(guān)的通路在NAGenes中顯著性過表達(dá)，如單胺類神經(jīng)遞質(zhì)受體信號(hào)、cAMP-調(diào)控信號(hào)、鈣離子信號(hào)、G蛋白耦合受體信號(hào)、長時(shí)程增強(qiáng)/抑制信號(hào)及多巴胺降解等通路。同時(shí)

6、還發(fā)現(xiàn)三條與維甲酸 X受體相關(guān)的通路，即LPS/IL-1調(diào)控的抑制RXR功能的信號(hào)、PXP/RXR激活信號(hào)和LXP/RXR激活信號(hào)，在NAGenes中富集。另外，一條與晝夜節(jié)律相關(guān)的通路也出現(xiàn)在富集的通路列表中，表明尼古丁成癮與晝夜節(jié)律的異常或紊亂之間可能存在某種聯(lián)系。
　　3. PPIN分析和尼古丁成癮特定子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。拓?fù)涮匦苑治鲲@示，NAGenes的度分布具有右偏特性。并且與酒精成癮基因和癌癥基因相比，NAGenes的拓?fù)鋮?/p>

7、數(shù)即節(jié)點(diǎn)度、聚類系數(shù)和接近度中心性具有較小的趨勢，而偏心率中心性則相反。通過PPIN與特定子網(wǎng)絡(luò)的分析，我們獲得了一些新的與成癮相關(guān)的潛在基因，如CALM2、CAV1、CANX以及PPP1CA等。
　　4.尼古丁成癮分子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。在構(gòu)建的分子網(wǎng)絡(luò)中，我們觀察到一些新的基因或通路如MAPK、NF-κB及MAPK信號(hào)和NF-κB信號(hào)通路等。此外，還發(fā)現(xiàn)分子網(wǎng)絡(luò)中存在一些反饋回路，它們中的部分循環(huán)彼此之間通過分子 CaM和CAMKⅡ相

8、連。
　　研究結(jié)論：
　　1.尼古丁成癮的分子機(jī)理極其復(fù)雜。在尼古丁作用下，機(jī)體內(nèi)許多基因的表達(dá)狀態(tài)都會(huì)發(fā)生改變，從而調(diào)節(jié)與神經(jīng)傳導(dǎo)、免疫及代謝等相關(guān)的生物過程，最終引起神經(jīng)系統(tǒng)功能的改變。
　　2.與酒精成癮和癌癥基因相比，NAGenes傾向于較低或中度連接，且其相鄰節(jié)點(diǎn)之間的連接緊密度較小，節(jié)點(diǎn)分布于網(wǎng)絡(luò)邊緣的可能性較大。
　　3.分子 CaM和CAMKⅡ在突觸可塑性發(fā)展過程中可能具有重要作用，可作為尼古丁成