以药测证绘制肾虚证两大基因网络调控路线图谱

目的研究肾虚证基因网络调控的路线和规律.方法选择青年组(4月龄)、老年组(24月龄)、淫羊藿总黄酮(Epimedium Flavonoids,EF)治疗组SD大鼠,取全面反映肾虚的7个组织下丘脑、垂体、肾上腺、淋巴细胞、骨骼、肝脏、肾脏,采用Affymetrix公司的大鼠全基因组芯片再次重复肾虚证基因表达谱差异研究.结果老年大鼠下丘脑、垂体、肾上腺(HPA轴)显示神经递质γ氨基丁酸(GABA),促性腺激素释放激素(GnRH),促甲状腺激素释放激素(TRH)与促甲状腺激素(TSH),生长激素释放激素受体(GHRH)、胰岛素样生长因子及结合蛋白(IGF、IGFBP);淋巴细胞显示与细胞生长相关的生长因子相关蛋白(GFRP),与免疫调节相关的IFNγ、IL-4、IL-6等;骨骼显示甲状旁腺(PTH)、降钙素(calcitonin)与骨基质相关的前胶原、胶原、结缔组织生长因子等;肝脏显示氧化磷酸化相关的细胞色素Cytochrome P450、NADH脱氢酶,与蛋白质代谢相关的谷氨酸脱氢酶(Glutamate dehydrogenase),与糖代谢相关的葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-Phosphatase)均为低表达.EF作用后,可见老年大鼠7个标本低表达的基因几乎全部上调,此外还有大量与衰老机理相关的基因明显上调.包括HPA轴的神经递质如GABA,激素如GnRH,细胞周期相关基因如CyclinB,免疫调节相关基因如NF-κB105;淋巴细胞与生长调节相关的基因如GFRP,免疫调节相关的基因如IFNγ;骨骼的甲状旁腺、降钙素、IGF、前胶原、胶原、GnRH、Progesterone等;肝脏的大量代谢相关的基因如Cytochrome P450、NADH脱氢酶;肾脏的代谢相关基因及钠、氯通道等基因.结论通过以药测证,发现肾虚证大鼠模型存在神经-内分泌-免疫以及神经-内分泌-骨代谢两大基因调控路线的紊乱,补肾能纠正该网络功能低下.

基因网络的构建方法及应用

基因网络是一种描述基因表达水平现象的模型,从实验数据来构建模型的研究越来越普遍.近几年来相继提出了几种基于基因表达数据构建基因调节网络的方法,其中包括聚类技术、布尔型网络、线性非线性模型、贝叶斯网络模型和微分模型方程等.本文综述了重建基因网络的模型和方法,比较了不同模型的优缺点,并对该领域存在的问题进行了分析.

"基因网络--基因功能"的研究/动脉粥样硬化血栓形成--全球前瞻性病例登记研究/科学家质疑现有动物实验研究及其评估/NCBI癌症基因组研究中的CCAP和HTGI

利用决策森林构建复杂疾病驱动的基因网络

目前,癌症、糖尿病、心脏病、高血压等复杂疾病严重危害着人类的生命和健康,这些疾病并不是由孤立的单个基因发生改变所致,而是多基因联合作用的结果.从系统生物学的角度出发,针对以往基因网络重构算法非疾病驱动的问题,提出了一种利用决策森林构建复杂疾病驱动的基因网络的算法,着重关注基因间的协同作用与复杂疾病发病机理的关系.通过对结肠癌基因芯片数据的分析,识别出66个与结肠癌显著关联的基因互作,其中大部分互作关系参与细胞增殖、细胞凋亡、细胞分化、有丝分裂和免疫等与癌症密切相关的生物过程中.该方法从基因互作和通路的角度为系统研究疾病的遗传复杂性提供了一个崭新的思路.

胃癌转移相关分子标志物的研究进展

转移扩散是胃癌患者预后不良的首要原因,单纯从大体病理学水平评估胃癌淋巴结、腹膜转移已成为限制其研究进展的主要瓶颈问题.胃癌转移是多基因、多步骤、多阶段参与的复杂病理过程,包括癌细胞在原发部位经过粘附与去粘附的交替作用,破坏基底膜和细胞外基质的完整性,而后脱离原发灶,通过侵犯脉管壁、浆膜面等到达继发部位,经过粘附、增殖、侵袭等终形成转移灶.参与这一过程的诸多信号通路和基因网络都可能成为候选的胃癌转移相关分子标志物.因此,探索胃癌转移的分子机制,寻找转移高危个体预测和转移早期诊断的分子标志,进而有针对性地探索相应的防治靶点,确立新的干预策略对提高胃癌的疗效具有特殊的重要性和迫切性.

重编程及诱导性多能干细胞在再生医学的研究进展

细胞分化是由多种特定的分化基因网络相互作用、共同调控完成的生物学过程,如骨髓间充质细胞矿化,是在TGFβ/BMP、Wnt、Notch和Cadherin等信号通路协同作用下,先分化为成骨细胞,随后矿化完成的[1].在一定条件下该程序可逆向编程,称为细胞重编程(reprogramming)或去分化(de-differentiation)[2-3].

基于熵值的冠心病基因网络模块划分方法评价与模块功能相似度分析

目的 解决网络模块划分方法优选问题,并对划分结果进行功能解析和评价.方法 利用多种常用模块划分方法,包括MCLiQUE,Cluster one,NCMine,PEWCC,Fuzzifier cluster,Community cluster,Connected component cluster,MCL cluster,MCODE cluster,Spectral clusters of protein sequences和AP等,对冠心病基因网络进行模块划分,通过网络结构熵值计算进行评价,优选出一种方法进行划分模块.基于基因功能富集分析对模块的通路功能进行富集,并利用杰卡德相似指数分析方法,对模块与总网络的功能进行比较和分析.结果 用MCODE cluster方法划分出11个模块,网络熵值为4.33637,在几种方法中熵值小,适于冠心病基因网络模块的识别.基于基因功能富集分析和杰卡德相似指数分析方法,发现11个模块能涵盖冠心痛相关通路中的38条,覆盖率达到73.1％.其中,模块3,4和7能用较少的基因富集到较多的功能.结论 网络信息熵可以为模块划分方法的评价提供一种可行方案.划分后的模块可以代表原疾病网络的大部分功能,并在功能富集上有一定优势,对进一步简化和理解疾病网络具有实际意义.

基于全基因组关联分析研究的2型糖尿病局部基因网络构建初探

目的 基于全基因组关联分析(GWAS)的研究结果,初步建立一个2型糖尿病易感基因的局部基因网络图,为今后的基因-基因交互作用,基因-环境交互作用的研究提供参考.方法 该研究的65个候选基因选自经过GWAS研究获褥统计学关联的2型糖尿病易感基因,从中选取具有2个或以上通路的目标基因27个,并通过通路的筛选、中间基因的选取,构建局部基因网络,并利用AiCS6软件绘制网络图.网络构建由以下步骤构成:(1)通过KEGG、Genecards数据库获取基因和通路的基本信息;(2)建立初级基因网络;(3)选取中间基因;(4)构建基因二级连接;(5)构建局部基因网络并绘制网络图.结果 获得了1个包括27个易感基因和10个中间基因以及一系列连接基因和中间分子的局部基因网络图,该网络包含20条生物通路.结论 该研究所得的局部基因网络图较为直观和综合地展示β细胞功能减退和胰岛素抵抗易感基因之间的相互关系,可对深入研究2型糖尿病分子病因机制提供参考.

p53基因与DNA损伤信号调节的研究进展

肿瘤抑制基因p53是目前研究为广泛和系统的抑癌基因之一.自从该基因在1979年被首次报道以来,人们对p53的结构和功能展开了广泛的研究.研究发现在环境致癌剂诱发人类恶性肿瘤的过程中,p53基因发挥着关键作用.p53基因参与了DNA损伤修复、细胞周期调控、细胞凋亡及抑制血管生成等过程.p53介导的信号转导通路非常复杂,其参与调控的基因已超过160种,这些基因形成网络从而协调调节细胞的生命活动.以下针对p53与环境诱癌剂、p53基因网络和p53与DNA损伤修复的关系等内容的研究进展作一综述.

中医药学与合成生物学(一):抑制振动子及其作用与“方-证对应相关”理论和新一代基因网络药物设计

之前,我们提出了网络药物(network drug)的概念和基于中医药学的方一证对应相关机制及其方剂配伍原理进行新一代网络药物设计的思想和研究方向[1-2].网络药物是在系统和网络生物学(system&network biology)的理论框架中,继化学药、生物药和传统中药之后,"类方剂型"的全新一代药物.

中医药学与合成生物学(二):toggle switch中的阴阳相互作用机制

传统中医药学与新发展的合成生物学(synthetic biology)之间存在有许多奇妙的联系,这是一个生动、有趣且引人入胜的话题.关于中医药学与合成生物学的研究,前文以合成"抑制振动子(repressilator)"为例,讨论了"抑制振动子及其作用与"方-证对应相关"理论和新一代基因网络药物设计"的问题[1-2].本文讨论存在于toggle switch (一种协作结合的基因开关)中的阴阳相互作用机制.随着基因组、转录组以及"后基因组时代"系统和网络生物学(system& network biology)研究的快速发展,生物学家逐步地阐明了基因组作为"预装整套生命活动共有信息"的"共有信息池(common pool of information)"的作用及其遗传信息的表达调控机制,这为人工仿生合成特定的基因调控网络提供了思维方式、理论依据和技术路径.目前,合成生物学的研究已经取得了许多重要进展,展现出了极其广阔的开发前景.可以预计,在不远的将来,合成生物学产业(Synthetic biology industry)或者产业化的合成生物学(Industrialized synthetic biology)将是一个可实现重新组装生命或改变生命历程,设计和合成全新的网络药物(network drug),更具前沿性、高端性和极具技术竞争性的高新生物技术产业,其带给人类的影响和世界的改变将是具有"爆炸性"的.

乳杆菌调节小鼠空肠派伊尔结基因表达的通路分析

目的:探索乳杆菌免疫作用机制.方法:BALB/c小鼠灌胃乳杆菌,从小鼠空肠派伊尔结提取RNA,基因芯片分析基因表达情况,基于已知的基因网络数据库利用Onto-Tools分析乳杆菌刺激引起的特异性基因网络.结果:Onto-Tools分析得到的通路中,涉及到免疫的通路有T细胞受体信号通路、B细胞受体信号通路、细胞因子和细胞因子受体通路、抗原加工和呈递等;涉及到粘膜屏障的有粘着斑、粘着连接、紧密连接和细胞粘附分子;还有涉及到细胞周期和凋亡的通路;其中通路中影响因子高的为MAPK信号通路和粘着斑.结论:乳杆菌刺激引起大量蛋白表达,激活粘膜屏障,引起T细胞受体信号通路、B细胞受体信号通路、细胞因子和细胞因子受体通路等通路,从而造成免疫应答.

p53基因网络王国

抑癌基因p53作为多种细胞应激与细胞应答的中间环节,与其上下游的各种调控因子及相关基因共同构成了一个错综复杂的信号传导通路.上游:DNA损伤、缺氧、原癌基因激活、核苷酸衰竭、端粒缩短等因素均可激活p53的功能网络;中游:p53的功能活性受mdm2(mouse double minus 2)、p14ARF(alternative readingframe)、共价修饰、蛋白质与蛋白质的相互作用等多种相互联系又相互制约的因素的调控;下游:p53肩负着介导细胞周期阻滞、促进细胞凋亡、维持基因组稳定、抑制肿瘤血管发生等多种功能使命,在整个机体组织细胞的生长、发育、分化过程中起着举足轻重的作用.因其功能的多样性及与肿瘤发生发展的高度相关性,p53已成为肿瘤发生机制研究及基因治疗的一个重要靶点.因此,作为细胞内信号传递网络的核心之一,深入理解p53基因网络的各个层面将对细胞生长代谢调控研究及肿瘤遗传学研究大有裨益.

非编码RN A与肝细胞癌的研究进展

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma ，HCC ）是临床上的常见恶性肿瘤之一，也是第三大导致癌症病死的原因［1］。由于缺少有效的治疗措施，晚期 HCC常常导致患者快速死亡。与其它多种恶性肿瘤相似，HCC的发生中存在着多种基因网络及信号通路的调控异常。这些改变的基因包括可编码蛋白质的基因及非编码RNA （noncoding RNA ，ncRNA ）。近年来，随着对微小RNA（micro‐RNA ，miRNA）研究的深入，逐渐认识到包括miRNA在内的ncRNA在HCC的发生、发展及转移中扮演着十分重要的角色。ncRN A是一种不翻译为蛋白质的功能性RNA ，人类的基因组中只有不足2％的基因序列终翻译为功能性蛋白质，其他很大比例是转录为ncRNA ，并通过多种途径直接发挥生物学作用［2］。ncRNA 具有多种类型，且不同类型的转录谱是存在着巨大差异的。同时，人基因组编码的ncRNA数量仍属未知，也不断有研究发现全新的功能性ncRNA［3］。长链非编码RNA （long noncoding RNA ，lncRNA）是大小超过200个核苷酸长度的ncRNA。虽然与microRNA相比其生物学功能尚不明确，但是越来越多的研究显示lncRNA可通过多种机制来干预相关基因的表达。在 HCC中，ncRNA作为致病、诊断、预后及治疗相关的研究靶点也逐渐引起学者的关注。在此，我们对ncRNA与HCC的关系进行简要的综述。

老年病的分子机理

衰老相关疾病,俗称老年病.包括老年性痴呆(如AD)、帕金森病等神经退行性疾病,老年糖尿病、骨质疏松、心、脑血管、呼吸等系统疾患,以及肿瘤.其种类繁多,难以一一枚举.不同系统的衰老有其不同表现,因而各种老年病亦表现各异.但老年病的根本病理基础,无不是细胞的衰老.他们可以以神经系统的细胞(如老年性痴呆)的衰老为主,可以以内分泌系统的细胞(如老年糖尿病)的衰老为主,亦可以以免疫系统细胞的衰老为主.衰老相关疾病的发病多与其自身的基因网络有关.衰老相关疾病的研究,如置遗传与细胞衰老于不顾,不免舍本求末.但老年病的发病受内外环境诸多因素的影响,也是不容忽视的事实.举例如下:

中国人前列腺癌发病关键基因的生物信息学研究

目的:利用国内相关研究中已筛选出的前列腺癌差异表达基因,构建基因相互作用网络,通过统计学分析,进一步筛选对该网络具有重大影响的基因,探寻对前列腺癌发生起关键作用的基因,进而阐述中国人前列腺癌发病的分子机制.方法:查找近年来国内发表的相关文献,利用其筛选出的有关中国人前列腺癌基因表达谱数据,归纳出前列腺癌差异表达基因;运用NCBI中OMIM数据库分析其功能,总结出基因之间的相互关系,构建基因相互关系网络模型;运用统计学方法(节点收缩法)比较关键基因的重要度.结果:综合国内发表的有关论文中的基因表达谱数据,得到差异表达基因113条,其中上调基因51条,下调基因62条;运用OMIM数据库构建出一个包含68条基因的具有相互关系的基因网络模型;用节点收缩法统计出各个基因的重要度,从而找出了网络中起关键作用的基因,包括c-MYC、VEGF、HSPCA、TGFβ1、RANTES、EGR1等共12条基因,这些基因很可能在前列腺癌的发生发展中起着重要作用.结论:本研究运用生物信息学方法对国内前列腺癌基因芯片结果进行分析和研究,将含有基因信息的OMIM数据库和评价网络节点重要性的节点收缩法结合,对一批前列腺癌差异表达基因建立了相互作用网络,并对网络中的关键基因进行评估,从而构建了一个在整体水平上对基因表达谱数据进行分析的网络模型,为后续工作中对前列腺癌发病机制的研究提供了新的途径.

高血压病阴虚阳亢证的基因网络研究

目的 探讨高血压病阴虚阳亢证的相关基因网络关系,为该病辨治机理提供支持.方法 搜索文献中高血压病阴虚阳亢证的相关基因,运用CYTOSCAPE进行网络构建,MCODE进行模块划分,对重要模块进行功能与通路分析.结果 高血压病阴虚阳亢证基因网络含基因多的模块中,共有17个基因涉及血管重构、调节血管平滑肌细胞增殖和调控凋亡生物学过程,与MAPK信号通路、Toll样受体信号通路和NOD样受体信号通路相关;基因联系频数高的是VEGFA、ACE、MAPK9.结论 VEGFA、ACE、MAPK9基因是网络中联系为密切的基因,血管重构、MAPK信号通路分别是联系为密切的生物功能与通路.

Pax6基因在BXD重组近交系小鼠眼组织的差异表达及基因调控网络的构建

目的 探讨Pax6基因突变在某些先天性眼部疾病中可能的作用机制.方法 采用Affymetrix基因芯片检测确定68个品系的BXD重组近交系(BXD RI)小鼠及其亲本C57BL/6J (B6)和DBA/2J (D2)小鼠、F1代眼组织中Pax6基因的差异表达.借助基因表达数量性状基因座(eQTL)分析方法,结合Gene Network网站的在线分析工具,研究Pax6基因表达上游调控基因,并进一步构建Pax6基因调控网络.结果 Pax6基因(1452526_a_at)在BXD RI小鼠的眼组织中呈高表达,不同品系小鼠表达量存在差异.Pax6基因具有1个显著性eQTL,位于19号染色体近测端,其似然比统计值达到15.80.磷酸肌醇4磷酸盐5激酶1α(Pip5k1a)是Pax6的上游调控候选基因.827个基因与Pax6基因具有高度遗传相关性(P＜0.05).结论 Pax6是一个反式调节基因;其表达量受上游调控候选基因Pip5k1a的调控.在Pax6基因突变导致先天性眼部疾病过程中涉及到细胞凋亡、脂质代谢、血管分化、细胞增殖和迁移等多种机制.

Gpnmb基因在BXD重组近交系小鼠眼组织的表达差异和基因调控网络分析

目的 研究色素播散综合征(PDS)和色素性青光眼(PG)致病基因糖蛋白神经调节肽B相关基因(Gpnmb)在BXD重组近交系(BXD RI)小鼠眼组织的表达差异及其基因调控网络.方法 采用Affymetrix基因芯片检测确定68个品系的BXD RI小鼠眼组织中Gpnmb基因的表达差异.采用基因表达数量性状基因座(eQTL)分析方法,结合GeneNetwork网站上的在线分析工具,研究差异表达的特征,进而构建Gpnmb基因调控网络.结果 Gpnmb在BXD RI眼组织中平均表达水平为10.92,不同品系小鼠表达量存在差异.Gpnmb基因为顺式作用的eQTL,End3基因是其下游候选基因.基于和Gpnmb高度相关基因的基因网络得以构建.结论 构建Gpnmb基因调控网络,为PDS和PG发病机制的深入研究提供线索.

系统性红斑狼疮患者外周血单个核细胞的磷蛋白组学和基因网络分析

目的 通过检测系统性红斑狼疮(SLE)患者外周血单个核细胞(PBMCs)的磷蛋白组学分析,为SLE进一步机制研究及治疗奠定基础.方法 使用二氧化钛富集SLE患者15例和15名健康受试者PBMCs的磷酸化肽段,进行质谱分析;然后进行磷酸化肽段和磷酸化位点鉴定,并进行生物信息学分析.结果 SLE患者与正常人存在有差异的1 035个磷酸化位点,与标注蛋白对应的基因有618个.基因网络分析发现,Src、RELA、HDAC1等连接度高,为hub基因,在维持网络的稳定性中起着重要的作用.结论 SLE患者PBMCs具有差异性的磷酸化蛋白质及肽段,异常蛋白磷酸化有助于SLE发病机制的研究;与hub基因可作为机制研究参考和补充,并可作为治疗研究靶点.