第一部分抑郁症代谢物数据库构建研究背景:抑郁症(Major depressive disorder,MDD)是一种严重致残性神经精神障碍,疾病负担重。既往研究发现抑郁症患者和动物模型的多种样本中存在代谢物改变。然而很少有系统性工作来收集和整合这些具有重要生物学意义的大数据。基于大数据的数据库构建有望为疾病的分子研究提供重要信息来源。但其在抑郁症的应用存在两大难点。首先,对于抑郁症为代表的复杂疾病,需开发复杂的数据提取及注释方案。其次,目前尚无系统性的分析框架来指导如何分析这些大数据,以揭示其潜在的生物学意义。目的:探索疾病代谢物分子大数据的收集和分析方法,建立抑郁症代谢物知识数据库,以提供抑郁症及其治疗相关代谢物的全景视角。方法:1、系统收集采用液相基于质谱、核磁共振及磁共振波谱分析等技术进行抑郁及其治疗相关代谢物检测的研究。2、从抑郁症患者及其动物模型的代谢物研究中,根据开发的标准化数据提取及注释方案提取相关信息,分别采集研究层面及代谢物层面的相关信息。3、构建网页数据库以存储采集到的大数据,并集成搜索引擎和网页界面来实现数据库的访问和检索。4、提出相应的大数据分析框架,并应用于案例数据。结果:1、从5个电子文献数据库和5个代谢组学数据库中筛选出464项抑郁及其治疗相关的代谢物研究。2、通过数据采集及数据注释,从中整理出5675个抑郁相关代谢物条目,涵盖人类、大鼠、小鼠和非人类灵长类动物模型。3、基于采集到的大数据,开发出一个名为MENDA的代谢物-疾病关联数据库(http://menda.cqmu.edu.cn:8080/index.php)。4、提出一个包含定量分析和生物学功能分析的大数据分析框架,并分别应用于数据库所包含的抑郁症患者及动物模型的中枢及外周组织的代谢物数据。结论:本研究成功构建抑郁症代谢物数据库,提供了抑郁症及其治疗的代谢特征全景视图。第二部分抑郁症患者外周血差异代谢物生物学功能研究研究背景:抑郁症是一种严重的神经精神疾病,具有高发病率的特点,且近年来发病率呈上升趋势。然而,抑郁症的分子机制尚不清楚。既往研究发现外周组织代谢谱的改变与抑郁症相关。尽管研究人员在抑郁症代谢组学研究方面取得了许多进展,但这些研究结果常来源于小样本人群,并且不同研究得到的差异代谢物往往不一致。尚缺乏研究对抑郁症患者的整个代谢组学特征进行系统分析,以筛选出抑郁症的潜在生物标志物。此外,基于差异代谢物的生物信息学分析亦可为深入了解抑郁症的病理分子机制提供重要见解。目的:基于前期构建的抑郁症代谢物数据库,筛选出抑郁症患者外周血中的差异代谢物。然后通过通路分析和分子网络分析以明确与这些差异代谢物相关的生物学机制。方法:1、利用数据库来源的抑郁症患者代谢物数据,对抑郁症患者外周血代谢物浓度进行meta分析。2、采用亚组分析、敏感性分析和回归分析以探索异质性来源。3、对差异代谢物进行通路分析和分子网络分析,以阐明这些代谢物的生物学意义。结果:1、从46项抑郁症患者血液代谢物相关研究中筛选出23个抑郁症患者和对照之间差异表达的代谢物。与对照相比,抑郁症患者血液中的不对称二甲基精氨酸、酪胺、2-羟基丁酸、磷脂酰胆碱(32:1)和牛磺鹅去氧胆酸浓度显著升高,而乙酰肉碱、肌酐、天冬酰胺、谷氨酰胺、亚油酸、丙酮酸、棕榈油酸、丝氨酸、油酸、肌醇、十二烷酸、蛋氨酸、次黄嘌呤、棕榈酸、色氨酸、犬尿喹啉酸、牛磺酸和25-羟基维生素D浓度显著降低。2、亚组分析发现无论是否服用抗抑郁药物,抑郁症患者色氨酸和犬尿喹啉酸浓度均出现显著降低。回归分析发现抑郁严重程度评分与色氨酸水平呈负相关。3、通路分析和分子网络分析结果表明这些紊乱的代谢物主要涉及氨基酸代谢和脂质代谢改变,尤其是色氨酸-犬尿氨酸通路和脂肪酸代谢。结论:本研究提示抑郁症患者外周血代谢谱出现紊乱,其中在代谢物层面以色氨酸和犬尿喹啉酸水平的降低最明显,而在生物功能层面以色氨酸-犬尿氨酸通路和脂肪酸代谢的改变最明显。本研究的发现结果可为抑郁症客观生物标志物的筛选和阐明抑郁症的分子机制提供依据。第三部分抑郁症患者外周血代谢组学性别差异的共表达网络分析研究研究背景:抑郁症是一种常见的精神疾病,流行病学研究发现其发病率存在明显的性别差异。近年来,抑郁症的性别差异引起了研究者的广泛兴趣。越来越多的研究表明性别是抑郁症分子机制研究的重要影响因素,抑郁症患者存在性别特异的分子表达模式。然而其具体机制不清。常规代谢组学分析仅聚焦于少数差异代谢物的表达情况,导致大量无差异的代谢物的信息缺失。而加权基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)算法能够考虑到统计学上未出现差异表达的代谢分子,是构建共表达网络最常用的方法之一,该方法为代谢组数据分析提供了全新的视角。目的:本研究旨在通过生物信息学方法,探讨抑郁症患者血浆代谢组特征是否存在明显的性别差异。方法:采用多种生物信息学分析方法,比较基于液相色谱-质谱的代谢组学平台的首发未用药抑郁症患者(男性29例,女性30例)和健康对照(男性30例,女性29例)的血浆代谢组,具体如下。1、采用多元统计分析比较各组代谢物的总体分布情况。2、基于代谢物两两之间的相关性,通过WGCNA算法将男性和女性血浆代谢组分别划分为不同的代谢物模块,并计算各代谢物模块与表型之间的相关性。3、通过Fisher精确检验法评估男性和女性抑郁相关代谢物模块的重叠情况,并采用基于秩次的超几何分布重叠检验(Rank-rank hypergeometric overlap,RRHO)分析明确两性共有的抑郁相关代谢谱峰是否存在相似的表达模式。4、采用通路分析明确性别特异的及两性共有的抑郁相关代谢物模块所涉及的代谢通路。结果:1、偏最小二乘判别分析评分图显示四组样本在正离子模式和负离子模式中均呈现明显分离,表明疾病(抑郁和对照)和性别(男性和女性)均是血浆代谢组的重要影响因素。2、WGCNA将男性和女性被试的6698个代谢谱峰分别划分为37个和30个代谢物模块,其中分别有6个和9个模块与抑郁显著相关。3、在这些抑郁相关代谢模块中,三分之二的模块(男性4个,女性6个)为性别特异模块,三分之一的模块为两性共有模块。RRHO分析提示在这些两性共有的模块中的代谢物表现出相似的表达模式。4、通路分析结果显示,男性特异的代谢物模块的相关通路主要为胆汁酸生物合成和肉碱穿梭,而女性特异的模块主要涉及糖鞘脂代谢和色氨酸代谢。此外,卟啉代谢是两性共同的代谢通路。结论:本研究揭示了抑郁症患者血浆代谢组特征存在明显的性别差异。这可能有助于更好地了解抑郁症的病理生理学过程和抗抑郁药开发中的性别差异。