????????今天和大家分享的是2019年6月發(fā)表在Neurobiology of Aging（IF：4.398）上的一篇文章，“Identification of age- and gender-associated long noncoding RNAs in the human brain with Alzheimer’s disease”，作者使用GEO數(shù)據(jù)集對AD相關(guān)lncRNA進(jìn)行表達(dá)差異分析，篩選出年齡及性別相關(guān)的lncRNA后又分析了與臨床分期的相關(guān)性，最后進(jìn)行了通路富集分析。
Identification of age- and gender-associated long noncoding RNAs in the human brain with Alzheimer’s disease
阿爾茨海默病患者大腦年齡及性別相關(guān)lncRNA的鑒定
https://www.bilibili.com/video/BV18t4y117uW
一、研究背景
????????阿爾茨海默病(AD)是一種與年齡及性別相關(guān)的腦部疾病。研究表明，長鏈非編碼RNA(lncRNAs)在腦部發(fā)育、穩(wěn)態(tài)和腦部病理中起到重要的調(diào)節(jié)作用。因此，鑒定年齡及性別相關(guān)lncRNA在AD患者腦中的差異表達(dá)不僅可以為進(jìn)一步的機(jī)制研究提供靶點(diǎn)，還可以為AD患者的個體化治療提供理論基礎(chǔ)。
二、分析流程
limma包：矯正表達(dá)數(shù)據(jù)
GEO2R網(wǎng)頁工具：差異分析
KEGG富集分析：網(wǎng)頁工具(R2 KEGG pathway: http://r2.amc.nl)
其余：GraphPad Prism
下面給大家推薦2個網(wǎng)頁工具，也可以代替上面的R包或GraphPad Prism進(jìn)行分析：
IDE.91
(http://bioinformatics.sdstate.edu/idep/)
矯正表達(dá)數(shù)據(jù)和差異分析
易漢博
(http://www.ehbio.com/ImageGP/index.php/Home/Index/index.html)
可視化的一大利器
三、結(jié)果解讀
1.衰老大腦和AD患者大腦的lncRNA表達(dá)模式
分析正常年輕大腦（≤40歲）和衰老大腦（≥80歲）前額葉皮質(zhì)的lncRNA表達(dá)差異：衰老大腦中22個lncRNA表達(dá)上調(diào)，22個lncRNA表達(dá)下調(diào)。
分析正常大腦和AD患者大腦的lncRNA表達(dá)差異：AD患者大腦中18個lncRNA表達(dá)上調(diào)，32個lncRNA表達(dá)下調(diào)。
正常衰老大腦和AD患者大腦中有15個表達(dá)發(fā)生變化的lncRNA重合。
重合的15個lncRNA在衰老大腦和AD患者大腦中表達(dá)改變模式相同，且LINC01094，NEAT1和LINC00844表達(dá)顯著上調(diào)(Log FC>1)，LINC01007，LINC00507和OIP5-AS1表達(dá)顯著下調(diào)(Log FC<-1)。（如圖1）
圖1.衰老大腦和正常大腦中重合lncRNA的表達(dá)改變模式
2.AD患者大腦中異常表達(dá)的年齡相關(guān)lncRNA
對年齡和lncRNA log2表達(dá)量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析：23個lncRNA表達(dá)量與年齡呈負(fù)相關(guān)，29個lncRNA表達(dá)量與年齡呈正相關(guān)（|r|>0.5,p<0.05）。
對正常大腦和(nd)和AD患者大腦lncRNA的平均log2表達(dá)值與年齡進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，同時提供95%的預(yù)測區(qū)間：在nd中與年齡顯著相關(guān)的16個lncRNA(|r|>0.75,p<0.05)在AD腦部表達(dá)發(fā)生異常改變。
如年齡正相關(guān)lncRNA LINC00844，PRR34-AS1在AD中表達(dá)異常上調(diào)，年齡負(fù)相關(guān)lncRNAMIR7-3HG，LINC00643在AD中表達(dá)異常下調(diào)。（如圖2）
圖2.年齡相關(guān)lncRNA在nd和AD額葉皮質(zhì)的表達(dá)量改變比較
3.AD患者大腦中異常調(diào)節(jié)的性別相關(guān)lncRNA
分析GSE48350數(shù)據(jù)集的nd和AD樣本（如圖3A）：正常性別差異lncRNA中，有3個lncRNA在女性AD中差異表達(dá)，11個lncRNA在男性AD中差異表達(dá)；患者性別差異lncRNA中，有3個lncRNA在女性nd中差異表達(dá)，14個lncRNA在男性nd中差異表達(dá)。
與nd相比，13個性別相關(guān)lncRNA在男性和女性AD中表達(dá)均發(fā)生了改變（黑點(diǎn)為男性，灰點(diǎn)為女性）。
雙向ANOVA分析（性別和AD兩個變量）發(fā)現(xiàn)性別因素在SLC25A25-AS1和RP11-45P15.4的表達(dá)中起重要作用，表明AD對性別相關(guān)lncRNA表達(dá)的影響依性別不同而不同。（圖3B、E）
用CPC和CPAT分析lncRNA的編碼潛能，發(fā)現(xiàn)AD中表達(dá)異常的這16個年齡相關(guān)lncRNA和13個性別相關(guān)lncRNA均不編碼RNA。
圖3.性別相關(guān)lncRNA在AD患者中表達(dá)異常情況
4.年齡及性別相關(guān)lncRNA與AD Braak分期及宿主基因的相關(guān)性
對GSE48350數(shù)據(jù)集的lncRNA log2平均表達(dá)值和Braak分期進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，研究lncRNA表達(dá)與疾病分期的關(guān)系：年齡相關(guān)lncRNA LINC00672與Braak分期負(fù)相關(guān)，年齡相關(guān)lncRNA SNHG19與Braak分期正相關(guān)；性別相關(guān)lncRNA RNF144A-AS1，LY86-AS1和LINC00639）與Braak分期負(fù)相關(guān)。
研究lncRNA表達(dá)是否與AD的重要組織病理缺損之一——神經(jīng)炎性斑塊（NP）密度有關(guān)，計算年齡及性別相關(guān)lncRNA log2表達(dá)量和平均NP密度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)有4個lncRNA（RP11-223I10.1，LINC01094，OIP5-AS1和LINC01007）與平均NP密度呈中等程度線性相關(guān)(|r|>0.3,p<0.05,n=102)。
5.AD患者神經(jīng)元中的年齡及性別相關(guān)lncRNA的調(diào)節(jié)異常
用含AD患者和正常人額上回神經(jīng)元基因表達(dá)譜的GSE5281數(shù)據(jù)集，檢測lncRNA是否是神經(jīng)元特異性：發(fā)現(xiàn)大多數(shù)lncRNA在nd和AD患者中的表達(dá)改變模式相同。
年齡負(fù)相關(guān)lncRNA LY86-AS1，RP11-219A15.5，MIR7-3HG，LINC01007和LINC00643在AD患者神經(jīng)元中顯著下調(diào)；年齡正相關(guān)lncRNA NEAT1，PRR34-AS1和lnc-BLID-2在AD患者神經(jīng)元中顯著上調(diào)。
年齡負(fù)相關(guān)lncRNA OIP5-AS1在AD患者神經(jīng)元中顯著上調(diào)，表明OIP5-AS1在不同的中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中改變模式不同，如在AD神經(jīng)元中上調(diào)，在AD神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中下調(diào)。
AD相關(guān)lncRNA反映可以反映AD早期的氧化損傷和DNA損傷修復(fù)(DDR)水平。用GSE66333數(shù)據(jù)集評估AD相關(guān)lncRNA表達(dá)與DDR強(qiáng)度的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，AD早期的高水平氧化應(yīng)激和神經(jīng)元DDR可以誘發(fā)AD相關(guān)lncRNA的下調(diào)。
6.年齡及性別相關(guān)lncRNA的功能分析
用R2 KEGG pathway finder對lncRNA相關(guān)基因進(jìn)行通路富集分析，研究lncRNA在AD大腦中的潛在功能并列舉出前30個顯著富集的通路。（圖4）
年齡及性別相關(guān)lncRNA相關(guān)基因在AD，HD，PD等神經(jīng)退行性疾病中均顯著富集。
AD的性別及年齡相關(guān)基因均在胞吞和前列腺癌通路中顯著富集。
正常大腦的lncRNA相關(guān)基因在蛋白酶體和長時程增強(qiáng)KEGG通路中均富集。
圖4.年齡及性別相關(guān)lncRNA相關(guān)基因富集通路（示前30個通路）
小結(jié)
本篇文章中，作者首先研究了衰老大腦和AD患者大腦的lncRNA表達(dá)模式以及AD患者大腦中差異表達(dá)的lncRNA，找到了AD中表達(dá)異常的18個年齡相關(guān)13個性別相關(guān)lncRNA。接著，作者分析了lncRNA與Braak分期的相關(guān)性。最后對這些lncRNA進(jìn)行功能分析，結(jié)果表明這些lncRNA在許多對AD病理改變的重要信號通路如溶酶體，胞吞作用，突出囊泡循環(huán)，軸突指導(dǎo)中起重要作用。
