人參對(duì)創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙預(yù)防作用的數(shù)據(jù)挖掘研究*

王中立 易本誼 干麗君 劉秀秀 李秀麗 劉夢(mèng)玲 鄧 彥

（1.九江學(xué)院，江西 九江 332000；2.九江學(xué)院江西省系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 九江332000；3.重慶市中醫(yī)院，重慶 400021）

創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙（PTSD）是影響人類健康的神經(jīng)精神疾病，隸屬于中醫(yī)學(xué)的情志病范疇［1］。由于生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變、自然災(zāi)害的時(shí)有發(fā)生（如新型冠狀病毒肺炎的疫情）以及人們對(duì)健康認(rèn)知程度的增加，此類疾病越來(lái)越受到重視，而且隨著研究的深入人們發(fā)現(xiàn)由PTSD所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)想［2］。PTSD不僅能夠?qū)е禄颊呤埽瑔适Чぷ魃畹淖岳砟芰?，同時(shí)又增加患者家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，對(duì)個(gè)人健康和社會(huì)都產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)［3］。然而對(duì)于PTSD的發(fā)病機(jī)制尚不完全了解，但有證據(jù)顯示，兒童期甚至更早的應(yīng)激因素即早期應(yīng)激是發(fā)生PTSD的重要致病因素，其中最為重要的應(yīng)激因素就包括了母親作為神經(jīng)精神疾病的確診患者（如PTSD或抑郁癥）［4］。該因素導(dǎo)致子代在相同的應(yīng)激環(huán)境中更容易罹患PTSD?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為一系列與PTSD相關(guān)基因表達(dá)異常是這一現(xiàn)象的主要原因。雖然如此，但臨床實(shí)踐中并未給予此類人群相關(guān)的干預(yù)措施，直至發(fā)病后才有針對(duì)性的治療方案，然而療效不能令人滿意［5］。

中醫(yī)對(duì)情緒性疾病的治療有著悠久的歷史，并且臨床療效顯著，所以繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)中醫(yī)進(jìn)行情緒性疾病的治療是比較理想和可行的方法。尤其中醫(yī)學(xué)的“未病先防”思想為預(yù)防早期應(yīng)激導(dǎo)致成年P(guān)TSD高發(fā)提供了早期干預(yù)的理論依據(jù)和用藥指導(dǎo)［6］。前期的研究中，筆者課題組發(fā)現(xiàn)人參在拮抗PTSD的藥理作用方面表現(xiàn)突出［7］，為了進(jìn)一步研究人參在預(yù)防經(jīng)歷早期應(yīng)激人群罹患PTSD的作用，發(fā)揮其“治未病”的功能，本研究通過(guò)GEO芯片數(shù)據(jù)比較患病母親對(duì)下一代基因表達(dá)影響，并將結(jié)果與TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)人參藥效作用靶點(diǎn)相匹配，獲得人參預(yù)防PTSD的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（NCBI）GEO數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）獲取芯片原始數(shù)據(jù)信息，芯片編號(hào)GSE114852。人參藥效作用靶點(diǎn)信息來(lái)源于TCMCP數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//tcmspw.com/tcmsp.php）［8］。

1.2 數(shù)據(jù)信息 GEO芯片GSE114852實(shí)驗(yàn)組包括：患PTSD孕婦20例，患抑郁癥孕婦31例，抑郁癥與PTSD共病孕婦13例，同時(shí)選取62位健康孕婦作為對(duì)照組。入組對(duì)象分娩后采集嬰兒臍帶血進(jìn)行基因芯片檢測(cè)。

1.3 研究方法 將實(shí)驗(yàn)組中罹患不同疾病患者的基因檢測(cè)結(jié)果分別與對(duì)照組比較，獲得差異基因。將所有差異基因匯總進(jìn)行PPI分析（https：//string-db.org/cgi/input.pl），得到差異基因所表達(dá)蛋白的相互作用情況。進(jìn)一步對(duì)差異基因進(jìn)行基因本體論分析（GO分析），判斷實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組所存在的功能差別。檢索TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)人參藥效作用靶點(diǎn)，設(shè)置檢索條件為生物利用度不低于30%，類藥性不低于0.18，將所獲得藥物靶點(diǎn)進(jìn)行GO分析與前者的差異基因分析結(jié)果比對(duì)，找到人參預(yù)防早期應(yīng)激因素導(dǎo)致情緒疾病的作用靶點(diǎn)和機(jī)制。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用R語(yǔ)言進(jìn)行芯片數(shù)據(jù)的分析整理并制圖，應(yīng)用perl語(yǔ)言進(jìn)行基因ID轉(zhuǎn)換。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 患PTSD孕婦對(duì)嬰兒臍帶血基因表達(dá)的影響 見(jiàn)圖1，表1。PTSD母親所產(chǎn)新生兒臍帶血基因表達(dá)與健康新生兒比較出現(xiàn)31個(gè)顯著差異表達(dá)，其中21個(gè)基因顯著下調(diào)，10個(gè)基因顯著上調(diào)。

圖1 PTSD孕婦對(duì)新生兒臍帶血基因表達(dá)的影響

2.2 患抑郁癥孕婦對(duì)嬰兒臍帶血基因表達(dá)的影響 見(jiàn)圖2，表2。抑郁癥母親所產(chǎn)新生兒臍帶血基因表達(dá)與健康新生兒比較出現(xiàn)3個(gè)顯著差異表達(dá)，均為顯著下調(diào)。

表1 PTSD孕婦對(duì)新生兒臍帶血基因表達(dá)影響

表2 抑郁癥孕婦對(duì)新生兒臍帶血基因表達(dá)影響

2.3 抑郁癥與PTSD共病孕婦對(duì)嬰兒臍帶血基因表達(dá)的影響 見(jiàn)圖3，表3。抑郁癥與PTSD共病母親所產(chǎn)新生兒臍帶血基因表達(dá)與正常新生兒比較出現(xiàn)6個(gè)顯著差異表達(dá)，其中1個(gè)基因顯著下調(diào)，5個(gè)基因顯著上調(diào)。

圖2 抑郁癥孕婦對(duì)新生兒臍帶血基因表達(dá)的影響

圖3 抑郁癥與PTSD共病孕婦對(duì)新生兒臍帶血基因表達(dá)的影響

表3 抑郁癥與PTSD共病孕婦對(duì)新生兒臍帶血基因表達(dá)的影響

2.4 正常與患病孕婦所產(chǎn)嬰兒差異基因PPI網(wǎng)絡(luò) 見(jiàn)圖4，表4。通過(guò)蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖分析，獲得差異基因之間的相互作用關(guān)系。結(jié)果顯示：大部分差異基因處于獨(dú)立的離散狀態(tài)，可能主要與新生兒臍帶血與成年人的組織細(xì)胞的性質(zhì)不同有關(guān)，其對(duì)后續(xù)的生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)節(jié)以及應(yīng)激環(huán)境下的適應(yīng)調(diào)節(jié)有關(guān)。其中7個(gè)基因是具有相互關(guān)聯(lián)的，說(shuō)明差異基因在某些生理功能或通路中具有聚集性的改變，從而協(xié)同改變了某一生物學(xué)過(guò)程。

圖4 差異基因PPI蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相互作用圖譜

表4 早期應(yīng)激致差異表達(dá)基因PPI蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相互作用

相互作用連線表示兩者通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、文本挖掘、基因共表達(dá)等途徑被證明具有相互作用關(guān)系。

2.5 差異基因GO分析結(jié)果 見(jiàn)圖5，表5。通過(guò)基因本體論分析，獲得差異基因在機(jī)體中所負(fù)責(zé)調(diào)控的生理功能，并將具有顯著差異的功能排序呈現(xiàn)。結(jié)果顯示：差異基因富集在單胺類跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性，MHC蛋白結(jié)合，碳氧裂解酶活性三大生理功能。其中單胺類跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性最為顯著。

圖5 差異基因GO分析結(jié)果

表5 早期應(yīng)激致差異表達(dá)基因的GO分析結(jié)果

2.6 人參作用靶點(diǎn)基因GO分析結(jié)果 見(jiàn)圖6，表6。通過(guò)基因本體論富集分析，獲得人參藥效作用靶點(diǎn)基因所富集的生理功能，并將排名前10位呈現(xiàn)在圖中。結(jié)果顯示：人參作用靶點(diǎn)主要集中在蛋白結(jié)合、神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和受體功能（膜受體、胞質(zhì)受體和核受體）3個(gè)方面。與結(jié)果2.5中差異基因富集的3個(gè)具體功能存在很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提示人參具有逆轉(zhuǎn)母親患病這一應(yīng)激因素所導(dǎo)致的異常表現(xiàn)的潛在藥效作用。

圖6 人參藥效靶點(diǎn)基因GO分析結(jié)果

表6 人參藥效靶點(diǎn)基因GO分析結(jié)果

3 討 論

PTSD是機(jī)體遭受重大應(yīng)激事件后發(fā)生的嚴(yán)重的情感障礙，一般認(rèn)為超過(guò)6個(gè)月仍然存在臨床相關(guān)癥狀即可被診斷。PTSD發(fā)病后不僅能夠轉(zhuǎn)化合并多種精神類疾病而且能夠?qū)е禄颊咦詺⒌葒?yán)重后果。在對(duì)該病發(fā)病機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷同一應(yīng)激事件后（如地震）并不是所有經(jīng)歷者都罹患PTSD，即使同為患者所表現(xiàn)出的臨床癥狀側(cè)重點(diǎn)各不相同，對(duì)治療藥物的反應(yīng)也是如此［9］。由此，科研人員認(rèn)為先天因素或兒童時(shí)期遭受應(yīng)激因素導(dǎo)致基因表達(dá)本底水平的差異可能在PTSD發(fā)病中扮演著重要角色。

本研究通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)獲得患有精神疾病母親所產(chǎn)嬰兒臍帶血基因表達(dá)情況，并將其與健康嬰兒臍帶血基因表達(dá)水平相比較，發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的基因存在顯著差異表達(dá)。這些差異基因富集在單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性，蛋白結(jié)合及碳氧裂解酶活性3種生理功能之上。單胺類神經(jīng)遞質(zhì)功能的異常在PTSD發(fā)病中發(fā)揮著重要作用，研究顯示：5-羥色胺、多巴胺以及去甲腎上腺素等單胺類神經(jīng)遞質(zhì)與PTSD發(fā)病后的臨床表現(xiàn)及神經(jīng)可塑性性改變密切相關(guān)［10-11］。臨床治療上目前唯一被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)為有效的藥物是5-羥色胺再攝取抑制劑，也說(shuō)明單胺類功能異常是PTSD發(fā)病的重要因素［12］。另外兩個(gè)富集功能主要與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和能量代謝相關(guān)是機(jī)體完成生理功能的基礎(chǔ)，有研究演示PTSD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)能量代謝異于常人［13］。由此可見(jiàn)：1）本次研究?jī)?nèi)容與目前業(yè)界對(duì)PTSD的認(rèn)知相一致，數(shù)據(jù)比較可靠；2）早期應(yīng)激導(dǎo)致與PTSD密切相關(guān)的基因出現(xiàn)異常，增加了罹患PTSD的風(fēng)險(xiǎn)，與早期應(yīng)激與PTSD患病的學(xué)說(shuō)相一致；3）如能夠及時(shí)干預(yù)，使異常表達(dá)基因恢復(fù)到正常水平，則可以達(dá)到預(yù)防發(fā)病的目的，即“未病先防”。

根據(jù)前期的相關(guān)研究結(jié)果，本研究選用人參作為預(yù)防早期應(yīng)激導(dǎo)致PTSD發(fā)病的候選藥物。通過(guò)TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)獲得人參藥效作用靶點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行GO分析從藥物靶點(diǎn)信息所獲得的主要藥理作用能夠很好地對(duì)應(yīng)早期應(yīng)激所致的功能異常表現(xiàn)。提示人參可以勝任預(yù)防由于早期應(yīng)激導(dǎo)致的易感人群罹患PTSD的預(yù)防工作。結(jié)合中醫(yī)學(xué)臨床研究，進(jìn)一步說(shuō)明這一研究結(jié)果的合理性。PTSD隸屬于中醫(yī)學(xué)情志病范疇，認(rèn)為該病主要表現(xiàn)為本虛標(biāo)實(shí)，所以應(yīng)用補(bǔ)益藥物治療是一個(gè)重要方向［14-15］。

然而，由于客觀因素的影響本研究也存在比較明顯的不足之處。首先，基因芯片檢測(cè)結(jié)果可能隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步會(huì)更精確，從而避免可能存在的誤差。其次，藥物作用靶點(diǎn)信息的獲得通過(guò)多種途徑，其中也包括了相對(duì)沒(méi)有實(shí)證性的方法，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)不可避免的偏頗。最后，隨著統(tǒng)計(jì)分析方法和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展，可以將目前的研究結(jié)果更精準(zhǔn)化。

綜上所述，本文應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法探討了早期應(yīng)激可以導(dǎo)致PTSD易感的基因表達(dá)水平的證據(jù)，并通過(guò)進(jìn)一步的分析得出人參對(duì)由此原因?qū)е碌腜TSD易感人群具有保護(hù)作用，為進(jìn)一步開(kāi)展人參拮抗PTSD的基礎(chǔ)和臨床研究提供參考。