RNA 修饰与程序性细胞死亡协同作用对阿尔茨海默病的影响及潜在诊疗价值

《Journal of Translational Medicine》：Analysis of human brain RNA-seq data reveals combined effects of 4 types of RNA modifications and 18 types of programmed cell death on Alzheimer’s disease

为探究 RNA 修饰和程序性细胞死亡（PCD）对阿尔茨海默病（AD）的联合作用机制，研究人员分析相关 RNA-seq 数据，构建相关网络并计算风险评分。结果显示该风险评分可预测 AD 发生，这为 AD 研究提供新视角，有助于理解疾病机制和早期预测。

　　阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD），这个如同大脑 “橡皮擦” 般的病症，正无情地夺走无数老年人的记忆与认知能力。它是一种无法治愈且逐渐恶化的神经退行性疾病，在老年痴呆症病例中占比高达 60 - 70%。目前，关于 RNA 修饰和程序性细胞死亡（Programmed cell death，PCD）单独在 AD 中的作用已有不少研究，但二者联合作用的机制却依旧迷雾重重。比如，虽然已知 RNA 修饰可通过影响基因表达参与 AD 进程，PCD 也与神经元死亡密切相关，可它们是如何协同影响 AD 的发生、发展的呢？这一空白亟待填补，因此开展此项研究意义重大。

哈尔滨医科大学等机构的研究人员针对这一问题展开研究。他们的研究成果发表在《Journal of Translational Medicine》上，为 AD 的研究开辟了新的方向。

研究人员在此次研究中用到多个关键技术方法。他们从多个数据库获取 MSBB、ROSMAP 和 GEO 等多个数据集，通过筛选 RNA 修饰相关基因和 PCD 相关基因，运用 Pearson 相关性分析筛选出与 RNA 修饰相关的 PCD 基因，利用多种机器学习算法筛选关键基因并构建风险评分模型，还借助 GO、KEGG 和 GSEA 等分析方法探究基因功能及富集通路 。

研究结果如下：

1. RNA 修饰、PCD 与 AD 的关联：研究人员获取了 MSBB 研究中的海马旁回（Parahippocampal gyrus，PHG）RNA-seq 数据，挑选出 89 名 AD 患者和 68 名健康对照者。分析发现，4 种 RNA 修饰（m⁶A、m⁷G、m¹A 和 m⁵C）的调节因子在 AD 组和对照组之间存在差异表达，且与 AD 相关临床参数显著相关。同时，构建的 RNA 修饰评分（RNAM score）对 AD 有一定预测潜力，但无法区分患者组。在 PCD 方面，研究人员整理了 18 种 PCD 相关的 11,206 个基因，构建的 PCD 评分与 AD 也有良好的相关性和预测效果，但同样不能有效区分患者特征。这表明虽然 RNA 修饰和 PCD 都对 AD 有潜在影响，但它们单独作用时无法很好地区分患者特征，需要进一步探究 RNA 修饰相关 PCD 基因对 AD 的影响。
2. RNA 修饰相关 PCD 基因对 AD 的影响：通过 Pearson 相关性分析，研究人员筛选出 3,173 个与 RNA 修饰因子相关的 PCD 基因。运用无监督一致性聚类，将患者分为 RPCD Cluster A 和 RPCD Cluster B 两个亚组。对比发现，RPCD Cluster A 的患者痴呆程度（CDR 评分）、病理累及程度（Braak 分期）和疾病炎症状态（PlaqueMean）更严重。GO 分析显示，两个亚组之间差异表达的 PCD 基因主要富集在细胞死亡的正调控、程序性细胞死亡的正调控和炎症相关通路。突触基因本体（Synaptic Gene Ontology，SynGO）分析突出了 PCD 与突触的关系，PCD 基因在突触和突触前功能中显著富集。这说明 RNA 修饰相关 PCD 基因在 AD 的突触功能改变、炎症状态和疾病进展中起着关键作用。
3. RNA 修饰相关 PCD 风险评分的建立与评估：研究人员通过取差异表达基因和关键模块基因的交集，获得 437 个候选基因，利用 LASSO 算法筛选出 19 个关键基因。基于这些基因计算出 RPCD 风险评分，该评分在 AD 患者中显著高于对照组，且与炎症斑块密度、CDR 评分、Braak 分期等密切相关。通过构建 ROC 曲线评估发现，风险评分和 19 个关键基因对 AD 都有较强的预测能力。这表明基于 RPCD 构建的风险评分与 AD 相关临床信息关系密切，对 AD 有潜在的诊断意义。
4. 风险评分对患者的分组及生物学功能差异：基于 RPCD 基因进行无监督一致性聚类，将患者分为高风险和低风险组。高风险组患者的痴呆程度、Braak 分期和平均炎症斑块密度显著高于低风险组，且两组在 APOE 基因型上也有显著差异。对高低风险组进行 RNA 水平评估，发现 19 个关键基因在两组间存在差异表达，GO、KEGG 和 GSEA 分析表明这些基因富集在突触相关生物通路、神经活性配体 - 受体相互作用等通路，且高风险组与细胞衰老相关基因也存在差异表达。这说明 RPCD 风险评分可有效区分患者亚组，高风险组患者病情更严重，且 RPCD 与细胞衰老可能存在潜在关联。
5. 风险评分的多区域及多组学验证：研究人员在 MSBB 数据集的多个脑区对风险评分进行评估，发现在不同脑区中，高风险组和低风险组在 CDR 评分、炎症斑块密度和 APOE4 基因型比例等方面存在差异。同时，利用 MSBB PHG 蛋白质组数据、其他脑区 RNA-seq 数据、GEO 和 ROSMAP 等外部数据集进行验证，结果显示风险评分和关键基因在这些数据中都有良好的预测效果。此外，在 ADNI 数据库的脑脊液蛋白质组数据和血液基因组数据中，风险评分也表现出较好的诊断效果。这表明 RNA 修饰相关 PCD 风险评分在多个脑区和多组学数据中都具有良好的诊断有效性，为 AD 的临床诊断提供了新的潜在指标。

在研究结论与讨论部分，研究人员首次综合分析了多种 RNA 修饰和 PCD 对 AD 的影响。研究表明，RNA 修饰和 PCD 都与 AD 密切相关，二者联合作用下的 RPCD 基因与 AD 的发生、发展高度相关。筛选出的 19 个潜在靶基因和构建的 RPCD 风险评分在多个数据集上都取得了良好的预测效果。然而，研究也存在一定局限性，如主要依赖生物信息学分析，缺乏直接实验验证；所用数据集可能存在偏差，样本缺乏多样性；部分数据集临床信息不完整等。尽管如此，该研究为 AD 的研究提供了新的视角和潜在的治疗靶点。未来研究可针对这些局限性进行改进，进一步深入探究 RNA 修饰和 PCD 在 AD 中的作用机制，有望为 AD 的早期诊断和治疗带来新的突破。