中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 郭志佳山西医科大学 2015年博士导师: 郭政共257页

摘要 : 目的：恢复血供是目前治疗缺血性心脏病的重要途径，而心肌缺血再灌注（I/R）损伤也成为主要并发症和难题。阈下电刺激作为一种安全有效的治疗手段已经在很多领域有广泛的应用，但其对心肌I/R损伤的影响还鲜有报道。本实验拟通过观察心室阈下电... 展开目的：恢复血供是目前治疗缺血性心脏病的重要途径，而心肌缺血再灌注（I/R）损伤也成为主要并发症和难题。阈下电刺激作为一种安全有效的治疗手段已经在很多领域有广泛的应用，但其对心肌I/R损伤的影响还鲜有报道。本实验拟通过观察心室阈下电刺激对大鼠急性心肌I/R损伤引起的血流动力学、心律失常、梗死面积、凋亡程度等指标的影响，评价其对I/R心肌的作用，并进一步从连接蛋白43（Cx43）、P物质（SP）、降钙素基因相关肽（CGRP）、NF-κB和Caspase-3活性等几方面深入探讨可能的机制。方法：成年雄性SD大鼠(350±20g)以结扎冠脉方法建立急性心肌I/R模型。心室电刺激强度为不引起室早的最大阈下强度，频率为动物自身心率65%-70%。动物随机分成4组(每组n=6)：①正常对照组：直接开胸取心肌标本；② I/R组：缺血30min+再灌注60min；③电刺激预处理组：结扎冠脉（CAO）前15min开始持续电刺激直到再灌注结束；○4电刺激后处理组：CAO25min开始电刺激，直到再灌注结束。收集血流动力学（收缩压、舒张压、平均压和心率）和室性心律失常（室早、室速、室颤）数据。用伊文氏蓝-TTC双染法评价心梗面积，用TUNEL法和Caspase-3活性检测心肌凋亡并计算凋亡率(AR)。用ELISA法检测心肌Cx43、SP、CGRP蛋白水平，同时用qRT-PCR法检测心肌SP、CGRP、NF-κB的mRNA水平。结果：电刺激（预/后处理）并不会显著影响I/R组的死亡率、血流动力学或心律失常指标(p>0.05)，但可以显著限制I/R组梗死面积和凋亡率(all p<0.05)，后处理显著下调了I/R组NF-κB、SP的mRNA水平和Caspase-3活性(all p<0.05)。与正常组相比，I/R组心肌Cx43蛋白水平、Cx43侧面化程度显著增高(all p<0.05)；而电刺激（预/后处理）可以显著逆转这种趋势(all p<0.05)，电刺激预处理和后处理之间差别并不显著(p>0.05)。同时电刺激预处理还显著逆转了I/R引起的心肌CGRP蛋白水平增高(p<0.05)。结论：心室阈下电刺激（预/后处理）可以通过减少梗死面积和凋亡率实现对I/R心肌的保护作用，预处理机制可能是抑制了由I/R引起的心肌Cx43、CGRP蛋白过度表达，后处理则与下调心肌SP、NF-κB mRNA水平和Caspase-3活性有关。收起

关键词 : 缺血性心脏病心肌缺血再灌注损伤阈下电刺激心律失常动物模型

2. 结扎冠状动脉诱发TNF-α和P物质在大鼠心肌组织、背根神经节和脊髓的表达及药物干预效应的研究

[学位论文] 牛燕兰山西医科大学 2006年硕士导师: 郭政共165页

摘要 : 目的：观察结扎大鼠冠状动脉不同时点心肌、背根神经节和脊髓内TNF-α和SP的表达变化及吗啡、曲马多、酚妥拉明、艾司洛尔、阿托品预先给药的干预效应，探讨(1)TNF-α和SP在心肌缺血伤害性刺激诱发机体神经源性反应机制中的作用及机理；(2)局部心肌急... 展开目的：观察结扎大鼠冠状动脉不同时点心肌、背根神经节和脊髓内TNF-α和SP的表达变化及吗啡、曲马多、酚妥拉明、艾司洛尔、阿托品预先给药的干预效应，探讨(1)TNF-α和SP在心肌缺血伤害性刺激诱发机体神经源性反应机制中的作用及机理；(2)局部心肌急性缺血诱发整体心肌损伤的机制；(3)痛觉干预在缺血心肌保护中的作用及机制。方法：第一部分：TNF-α和SP的表达变化实验选用雄性SD大鼠随机分为三组：(1)动物对照组(Controlgroup，C组)，麻醉后直接取材；(2)手术对照组(Shamgroup，S组)，只开胸不结扎冠脉；(3)结扎冠状动脉组(Coronaryarteryocclusiongroup，CAO组)，单纯扎闭冠状动脉左前降支。其中，Sham组和CAO组又分为八个时点的亚组：0.5h组、1h组、3h组、6h组、1day组、2day组、3day组、7day组。采用免疫组化和ELISA技术观察结扎大鼠冠状动脉不同时点心肌、背根神经节和脊髓内TNF-α和SP的表达变化；第二部分：TNF-a和SP的表达变化的干预研究根据第一部分实验结果，分别选取CAO后TNF-α和SP表达最强的时点进行药物干预研究。采用雄性SD大鼠随机分为八组：(1)动物对照组(Controlgroup，C组)；(2)手术对照组(Shamgroup，S组)；(3)结扎冠状动脉组(Coronaryarteryocclusiongroup，CAO组)；(4)吗啡预处理组(Morphinegroup，M组)；(5)曲马多预处理组(Tramadolgroup，T组)；(6)酚妥拉明预处理组(Rigitinegroup，R组)；(7)艾司洛尔预处理组(Esmololgroup，E组)；(8)阿托品预处理组(Atropinegroup，A组)。各药物干预组分别在结扎左冠状动脉前15min经尾静脉给予吗啡1.25mg.kg-1、曲马多12.5mg.kg-1、酚妥拉明0.4mg.kg-1、艾司洛尔3.0mg.kg-1、阿托品1.0mg.kg-1。采用免疫组化、ELISA和RealTimeRT-PCR技术观察各药物的干预效应。结果：(1)CAO后大鼠心肌、背根神经节及脊髓TNF-α水平较对照组显著升高，心肌TNF-α在CAO1h达高峰，背根神经节及脊髓TNF-α在CAO0.5h达高峰；血运阻断区心肌TNF-α水平较非血运阻断区心肌显著升高；背侧和腹侧脊髓TNF-α水平比较无显著性差异；各药物干预组TNF-α水平明显低于CAO组，各药物干预组之间TNF-α水平无显著性差异。(2)CAO后大鼠心肌、背根神经节及脊髓SP水平较对照组显著升高，心肌、背根神经节及脊髓SP在CAO3h达高峰；血运阻断区心肌SP水平较非血运阻断区心肌显著升高；背侧脊髓SP水平较腹侧脊髓显著升高；各药物干预组SP水平明显低于CAO组，各药物干预组之间SP水平无显著性差异。(3)在心肌组织和背根神经节，CAO组TNF-αmRNA和SPmRNA的表达水平均较对照组显著升高(P＜0.05)，各药物干预组明显低于CAO组(P＜0.05)，各药物干预组之间无显著性差异。与蛋白水平变化一致；但在脊髓，CAO组TNF-αmRNA和SPmRNA的表达水平与对照组、各药物干预组比较无显著性差异。结论：(1)结扎冠状动脉可诱发大鼠心肌、背根神经节及脊髓TNF-α和SP水平明显升高，提示：急性心肌缺血作为一种伤害性刺激可能诱发、激活了机体神经源性反应机制；TNF-α和SP可能在这种神经源性机制中发挥了作用；神经源性机制可能参与了急性心肌缺血伤害性刺激诱发的心肌损伤及其调制的病理学过程。(2)吗啡、曲马多、酚妥拉明、艾司洛尔和阿托品预先给药可显著降低结扎冠状动脉诱发的大鼠心肌、背根神经节及脊髓TNF-α和SP水平的升高，提示：吗啡受体、肾上腺素能受体和胆碱能受体参与急性心肌缺血伤害性刺激的感受及信息传递和调制，抑制伤害性刺激诱发的神经源性机制的激活。吗啡、曲马多、酚妥拉明、艾司洛尔和阿托品痛觉干预可通过不同的作用机制降低急性心肌缺血伤害性刺激的感受及信息传递，抑制伤害性刺激诱发的神经源性机制的激活。收起

关键词 : 心肌缺血肿瘤坏死因子 P物质神经源性机制麻醉药物背根神经节脊髓

3. 基于高通量数据筛选癌相关生物标记的可重复性研究

[学位论文] 姚晨电子科技大学 2011年博士导师: 郭政共129页

摘要 : 基因芯片等高通量检测技术对癌症等复杂疾病的研究产生了巨大影响。根据基因表达谱与蛋白质相互作用等高通量数据，采用数据挖掘技术寻找癌症的生物标记对了解疾病机制、预测疾病风险有重要的意义。然而，对同一种癌症的研究，由不同的实验室得到的疾... 展开基因芯片等高通量检测技术对癌症等复杂疾病的研究产生了巨大影响。根据基因表达谱与蛋白质相互作用等高通量数据，采用数据挖掘技术寻找癌症的生物标记对了解疾病机制、预测疾病风险有重要的意义。然而，对同一种癌症的研究，由不同的实验室得到的疾病标记通常很不一致。这引起了人们对这些疾病标记的临床应用和高通量技术的可靠性的质疑。本论文从三个方面对基于高通量技术筛选癌症生物标记的可重复性进行了探讨： 1.疾病标记的低重复性通常被归因于实验设计缺陷、实验误差和统计分析的缺陷。但是，这些来自不同样本的疾病标记的不一致很可能反映了生物学变异和癌症的异质性。以乳腺癌转移为例，我们发现虽然不同数据得到的枢纽蛋白标记的重复性很低，但是这些枢纽蛋白显著地共享互作邻居并和这些互作邻居具有一致的共表达改变，而且不同数据获得枢纽蛋白标记共享的互作邻居倾向于候选癌基因，并影响一些乳腺癌转移相关的通路。因此，在不同病人中，不同枢纽蛋白标记可能通过与共享的互作邻居发生共表达改变而影响相同的功能。 2.在癌细胞中差异甲基化的基因作为生物标记也被广泛用于癌症的诊断，同时异常的甲基化被认为是基因在癌症中发生表达改变的重要因素。我们分析了7种癌症的甲基化数据，我们发现在移除批次效应后，由研究同一疾病的不同数据得到的甲基化标记高度一致，证明了利用甲基化芯片识别差异甲基化基因（生物标志）的可重复性。结合表达谱数据，我们发现基因的高甲基化和表达下调显著相关，而低甲基化只和表达上调微弱相关。我们的结果显示，在不同癌症中的低甲基化基因都影响“角质化”，“趋化性”，“免疫反应”等和慢性炎症相关的功能，提示慢性炎症可能是诱发癌症全局性低甲基化的因素。 3.由于癌症的遗传异质性及各种分子改变在个体间存在很大的生物学变异，寻找少数几个可重复的的疾病标记可能需要数千个样本。考虑到基因的表达行为不是孤立的，并且表达相关的基因倾向于功能相似，我们进一步提出了一种结合Gene Ontology（GO）基因功能分类知识体系筛选疾病特征功能模块并进行疾病识别的方法。我们没有选择少量的差异表达基因，而是用每个 GO节点中注释的所有基因来构建分类器。通过分析7套癌症数据,我们发现每种癌症中都有大范围的功能模块发生了基因表达的改变,这些模块有很强的疾病识别能力，其中7个功能模块能够有效识别多种癌症的疾病样本,提示在不同癌症的发生与发展过程中存在着共同的基因表达改变机制。因此,功能模块可以作为疾病的标记可以取代难以重复发现的单个基因,用于研究癌症的核心机制和建立更稳定的诊断分类器。收起

关键词 : 癌症生物标记重复性功能模块数据筛选基因芯片高通量检测

4. 脂肪酸对糖尿病大鼠神经损伤和心肌易损性增加的影响和机制

[学位论文] 张肖怡山西医科大学 2020年博士导师: 郭政共128页

摘要 : 背景：糖尿病神经病变和心血管病变是糖尿病常见又严重的并发症，一旦发生很难逆转，但至今其发病机制仍不明确。以往的研究主要集中在糖尿病高血糖对神经元和心肌细胞的损伤作用，而糖尿病病变中脂肪酸的影响往往容易被忽视。我们的研究发现辣... 展开背景：糖尿病神经病变和心血管病变是糖尿病常见又严重的并发症，一旦发生很难逆转，但至今其发病机制仍不明确。以往的研究主要集中在糖尿病高血糖对神经元和心肌细胞的损伤作用，而糖尿病病变中脂肪酸的影响往往容易被忽视。我们的研究发现辣椒素受体(transient receptor potential vanilloid type1,TRPV1)在糖尿病大鼠背根神经节(dorsal root ganglia,DRG)和心肌的表达量显著降低，饮食中给予辣椒或者辣椒素缓慢激活TRPV1，可以明显改善糖尿病大鼠神经病变和心肌缺血-再灌注损伤的易损性；降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP)和P物质(substance P, SP)体外作用也可以保护心肌的缺氧复氧损伤，因此，TRPV1-CGRP/SP的激活在糖尿病神经病变和心血管病变中发挥了重要的保护作用。同时根据文献报道，糖尿病患者体内升高的脂肪酸中有些具有抑制TRPV1的作用，那么这部分脂肪酸对糖尿病神经病变和心肌缺血-再灌注损伤是否具有损伤作用，其作用是否通过抑制TRPV1-CGRP轴，从而抑制了机体的保护作用，具体的作用机制是什么？这是我们实验的主要目的。本实验主要通过对文献中发现报道的糖尿病人体内增多的脂肪酸做筛选，并验证其对TRPV1的作用。用相应的脂肪酸作用于糖尿病大鼠的DRG神经元和对心脏进行体外缺血-再灌注，观察DRG神经元的生长情况和心肌功能的变化，最后进一步探讨其可能的作用机制。目的： (1)检测不同浓度的油酸(oleic acid, OA)对DRG神经元TRPV1通道的作用。 (2)用OA作用于糖尿病神经病变大鼠DRG神经元，检测其对TRPV1及其下游降钙素基因相关肽(CGRP)和P物质(SP)以及神经生长因子(NGF)的表达的影响。同时检测DRG神经元氧化应激损伤、线粒体功能、凋亡和轴突的生长情况。用辣椒素(capsaicin)激活TRPV1，检测是否能逆转OA的作用。 (3)因为capsaicin激活TRPV1后会刺激释放CGRP，那么CGRP对糖尿病神经病变大鼠DRG神经元是否有保护作用？通过外源性给予CGRP或者慢病毒介导的过表达CGRP后，检测SP和NGF的表达；同时检测糖尿病DRG神经元氧化应激、凋亡、线粒体膜电位和轴突生长情况。 (4)用OA体外灌流正常大鼠的心脏，并进行缺血-再灌注(I/R)，检测心功能的变化。进一步给予PI3K/Akt信号通路的抑制剂LY294002，简单说明TRPV1在大鼠心脏I/R的作用机制。方法： (1)分离正常和糖尿病成年SD大鼠DRG，原代培养DRG神经元细胞。用钙成像(Fluo4-AM离子探针)的方法检测不同浓度的capsaicin和OA对DRG神经元内Ca2+浓度变化的影响。 (2)用STZ诱导产生糖尿病大鼠模型，分离培养其DRG神经元，用capsaicin和OA作用于糖尿病大鼠DRG神经元，检测DRG细胞损伤(LDH检测)、活性氧(ROS)、线粒体膜电位(JC-1)和凋亡(TUNEL)以及轴突的生长情况(anti-βⅢtubulinantibody)；最后检测TRPV1、CGRP、SP和NGF的mRNA和蛋白的表达情况(PCR、westernblot和ELISA)。 (3)用过表达CGRP的慢病毒(LV-CGRP)或者体外给予CGRP作用于糖尿病大鼠DRG神经元，检测DRG细胞损伤(LDH检测)、活性氧(ROS)、线粒体膜电位(JC-1)和凋亡(TUNEL)以及轴突的生长情况(anti-βⅢtubulinantibody)，最后检测CGRP、SP和NGF的mRNA和蛋白的表达情况(PCR、ELISA)。 (4)采用Langendorff灌流装置进行离体心脏缺血-再灌注(停灌30min，复灌60min)。给予OA、capsaicin和PI3K的抑制剂LY294002，记录缺血-再灌注后心脏功能：左心室主动收缩压(left ventricular development pressure, LVDP)，左室舒张末期压力(left ventricular end-diastolic pressure, LVEDP)，心率(heart rate, HR)，左心室内压最大上升和下降速率(±dp/dtmax)以及室性心律失常的发生情况(室性早搏、室速和室颤)。同时检测心肌缺血区PI3K/Akt通路中p-Akt的表达情况(western blot)。结果： (1)体外原代培养大鼠DRG神经元，用PGP9.5对DRG神经元进行鉴定，可以发现DRG神经元生长良好，细胞贴壁后慢慢长出轴突。并且TRPV1和CGRP、SP、NGF在DRG神经元上都有共表达。 (2)体外分离、培养正常和糖尿病大鼠DRG神经元，培养24h后进行Ca2+成像。在正常大鼠DRG神经元中，10-7，10-6，10-5mol/L的辣椒素(capsaicin, Cap)可以浓度依赖性地升高细胞内Ca2+浓度(P＜0.001)。用最适浓度10-6mol/L的Cap分别作用于正常和糖尿病大鼠DRG神经元，糖尿病大鼠DRG神经元内Ca2+浓度增加小于正常大鼠DRG神经元，也验证了糖尿病大鼠DRG中TRPV1的表达减少。先用5×10-8，5×10-7，5×10-6mol/L的油酸(oleic acid, OA)和10-6mol/L辣椒平(capsazepine, Cpz)分别作用于正常大鼠DRG神经元，5×10-6mol/L的OA和10-6mol/LCpz的作用类似，细胞内Ca2+浓度变化没有明显差别(P＞0.05)。相对于Cpz和5×10-6mol/L的OA，5×10-8，5×10-7mol/L的OA均可以升高细胞内Ca2+浓度(P＜0.001)。接着给予10-6mol/LCap，TRPV1受体近一步被激活。Cpz和5×10-6mol/L的OA在Cap作用后，细胞内Ca2+浓度均没有明显的变化(P＞0.05)；相对于Cpz和5×10-6mol/L的OA，5×10-8，5×10-7mol/L的OA在Cap作用下，细胞内Ca2+浓度均明显升高(P＜0.001)。说明低浓度的OA对TRPV1有一定的激活作用，高浓度的OA作用类似TRPV1的拮抗剂Cpz，对TRPV1受体有抑制作用。 (3)OA对糖尿病大鼠DRG神经元的作用：糖尿病大鼠DRG神经元培养液中的乳酸脱氢酶(LDH)浓度升高(P＜0.01)，活性氧(ROS)生成增多(P＜0.01)，线粒体膜电位(MMP)降低(P＜0.01)，细胞凋亡率增加(P＜0.01)，DRG神经元轴突增生受损(P＜0.01)，再生能力减弱。同时TRPV1、CGRP、SP和NGF的表达不论在蛋白还是mRNA水平均减少(P＜0.05)。10-6mol/L的Cap可以缓解糖尿病大鼠DRG神经元的损伤(P<0.05)，拮抗剂辣椒平(capsazepine，Cpz)可以取消capsaicin的保护作用(P＞0.05)。用5×10-6mol/L的OA作用于糖尿病DRG神经元，神经元的损伤没有进一步的增加(P＞0.05)，但是用Cap作用后，Cap的保护作用消失(P＞0.05)；TRPV1、CGRP、SP和NGF的表达在蛋白和mRNA水平也没有增加(P＞0.05)。说明5×10-6mol/L的OA发挥了类似TRPV1拮抗剂的作用，取消了Cap激活TRPV1后对糖尿病大鼠DRG神经元的保护作用。 (4)CGRP对糖尿病大鼠DRG神经元的作用：用外源性10-8mol/L的CGRP作用于糖尿病DRG神经元，可以改善糖尿病DRG神经元的损伤，使得细胞的损伤减少(P＜0.05)，ROS的生成减少(P＜0.01)，升高MMP(P＜0.05)，神经元凋亡率减少(P＜0.01)，轴突增生增加(P＜0.01)；同时10-7mol/L拮抗剂CGRP8-37可以取消CGRP的保护作用(P＞0.05)。那么CGRP的作用是否依赖于SP和NGF呢，用LV-CGRP感染糖尿病DRG神经元，DRG神经元的损伤减小(P＜0.01)，轴突的增生增加(P＜0.01)，同时检测SP和NGF的表达，SP和NGF的mRNA和蛋白的表达都没有明显的增加(P＞0.05)。说明CGRP对糖尿病大鼠DRG神经元的损伤具有保护作用，并且其保护作用不依赖SP和NGF。 (5)OA缺血预处理对离体大鼠心脏I/R的影响：在缺血前，10-6mol/LCap作用后心脏LVDP、HR和±dp/dtmax明显增加(P＜0.01)，LVEDP降低(P＜0.01)；5×10-6mol/LOA作用后LVDP、HR和±dp/dtmax明显降低(P＜0.05)，LVEDP增加(P＜0.05)，再给予10-6mol/LCap，可以抑制OA对心功能的影响(P＞0.05)。再灌注后Cap明显改善I/R对心功能的损伤，LVDP、HR和±dp/dtmax明显升高(P＜0.01)，LVEDP降低(P＜0.01)。同时Cap可以改善OA对心功能的损伤，LVDP、HR和±dp/dtmax降低(P＜0.05)，LVEDP升高(P＜0.05)。先给予PI3K的拮抗剂LY294002，再给予Cap，发现Cap的保护作用被取消(P＞0.05)。在整个I/R期间，10-6mol/LCap作用后，室性早搏的发生次数增加(P＜0.05)，室速和室颤的发生次数没有明显的变化(P＞0.05)；5×10-6mol/LOA单独作用后，室性早搏的发生次数明显增加(P＜0.01)，室速和室颤的发生次数增加(P＜0.05)；在OA的基础上再给予Cap，心脏室性早搏(P＜0.01)、室速(P＜0.01)和室颤(P＜0.05)的发生次数均减少。和单独给予Cap相比，给予LY294002后再给予Cap，室性早搏的发生次数减少(P＜0.05)。检测心肌缺血区p-Akt的表达，Cap作用后p-Akt的表达增加(P＜0.01)，OA和LY294002均可以抑制capsaicin诱导的p-Akt的增加(P＜0.01)。说明OA可以通过抑制TRPV1-CGRP轴，抑制PI3K/Akt信号通路，从而加重心肌I/R损伤。结论： (1)OA对TRPV1的作用与浓度有关，低浓度可以轻度激活TRPV1，高浓度抑制TRPV1。 (2)糖尿病神经病变大鼠DRG神经元中，TRPV1以及其下游的感觉神经肽CGRP、SP和NGF的表达减少，外源性的给予capsaicin可以改善糖尿病DRG神经元的氧化应激损伤，促进轴突再生。外源性给予大剂量的OA，并不加重糖尿病DRG神经元的损伤，但是减弱了TRPV1激活后的保护作用。 (3)CGRP可以保护糖尿病神经病变DRG神经元，并且保护作用并不通过SP和NGF发挥作用。 (4)正常大鼠离体心脏缺血-再灌注损伤中，OA可以加重损伤，并且抑制capsaicin激活TRPV1对I/R损伤的保护，其作用可能是通过PI3K/AKT信号通路来实现的。综上所述：大剂量的OA可以抑制TRPV1受体，从而抑制了TRPV1-CGRP轴激活后对糖尿病大鼠神经病变和心脏缺血-再灌注损伤的保护作用，可能是通过抑制PI3K/Akt信号通路来实现的。收起

关键词 : 糖尿病神经病变油酸心肌缺血再灌注辣椒素受体降钙素基因相关肽

5. 基于转录组定性特征的肿瘤生物信息学分析方法与应用

[学位论文] 蔡浩福建医科大学 2018年博士导师: 郭政共124页

摘要 : 在检测肿瘤组织的基因表达时，由于受到如下诸多因素影响，检测值存在很大的不确定性：（1）检测的高变异与批次效应；（2）肿瘤组织取样部位的癌细胞占比变化；（3）在样本采集、预处理等过程中的RNA部分降解；（4）微量RNA的扩增偏倚。因此，―精细... 展开在检测肿瘤组织的基因表达时，由于受到如下诸多因素影响，检测值存在很大的不确定性：（1）检测的高变异与批次效应；（2）肿瘤组织取样部位的癌细胞占比变化；（3）在样本采集、预处理等过程中的RNA部分降解；（4）微量RNA的扩增偏倚。因此，―精细‖的基因表达定量信息并不可靠。相反，转录组的定性特征，即样本内的基因表达检测值的相对大小秩序关系（RelativeExpression Orderings,REOs）高度稳健，并蕴含了丰富的疾病信息：REOs在正常组织中高度稳定，而在肿瘤组织中发生了广泛的扰动。因此，针对四个肿瘤研究的四个常见问题，本文进一步发展与应用基于REOs分析的肿瘤生物信息学方法。 1．整合独立数据识别差异表达基因的REOs分析方法在许多肿瘤研究问题中，待比较的两类样本间基因表达的差异信号非常微弱，常规方法很难识别出可重复的差异表达基因（Differentially Expressed Genes,DEGs）。由于检测的批次效应，无法将来源于多个实验室的数据合并分析，而目前的矫正批次效应的算法存在很大的偏倚。本实验室已开发了一种利用REOs关系识别DEGs的算法，通过分析在单个疾病样本中的REOs相对在大样本正常组织中高度稳定的REOs的逆转关系，识别个体水平的DEGs。本课题通过预先识别在疾病组样本中显著稳定的REOs，使RankComp算法适用于识别群体水平的DEGs，记为RankCompV2。由于样本内的REOs高度稳健，提出了直接将由不同实验室检测的数据合并，再利用RankCompV2识别DEGs的方法。利用9组数据评价，结果显示该整合分析方法可有效提高DEGs识别的效能与准确度。利用此方法，通过合并五组数据集中接受紫杉醇联合新辅助化疗的ER阴性和ER阳性乳腺癌样本，分别在ER阴性及ER阳性的响应组和非响应组间识别了409与206个DEGs。两组DEGs分别富集于DNA修复及免疫相关的通路，暗示两种乳腺癌亚型可能有不同的耐药机制。 2．识别在癌细胞中mRNA绝对量异常基因的REOs分析方法癌细胞多为多倍体或非整倍体，其细胞内的总RNA含量比正常细胞高数倍。因此，当从两类细胞提取相同总量RNA进行基因表达检测、比较时，只能识别两类细胞间mRNA浓度（而不是绝对量）存在差异的基因。在本研究中，通过数学推理，证明了基于两类样本间的逆转REOs识别的DEGs的mRNA绝对量与浓度在两类细胞间都有差异。利用RankCompV2分析了乳腺癌等10种癌型的基因表达谱数据，发现肿瘤细胞相对正常细胞存在mRNA绝对量差异的基因显著富集了肿瘤驱动基因及抗癌药物的靶基因，可能是肿瘤转录异常中的上游事件。在肿瘤细胞中，mRNA绝对量上调的DEGs富集在DNA损伤相关的通路，而mRNA绝对量下调的DEGs富集在免疫和代谢相关的通路。 3．基于REOs的术后复发风险及耐药预测二联标志—ER阳性乳腺癌案例对于接受根治性手术切除治疗的早期ER阳性乳腺癌患者，已分别报道了一些术后复发（即微转移）风险预测标志及术后接受他莫昔芬治疗的复发（即耐药）风险预测标志。但是，在利用接受根治性手术并接受他莫昔芬治疗患者的生存信息识别耐药标志时，会受到样本中无微转移患者的生存信息的干扰而产生偏倚。因此，提出利用术后复发风险预测标志辅助识别他莫昔芬耐药预测标志的方法。利用544个只接受手术治疗患者的表达谱数据，构建和验证了由9对基因组成的术后复发风险预测标志；然后，在840个术后他莫昔芬治疗的患者中，利用此标志识别出553个术后高复发风险患者，再根据这些患者的表达谱数据构建和验证了由10对基因组成的术后他莫昔芬治疗的复发风险预测标志。这组二联标志具有稳健的术后复发(微转移)风险及耐药预测能力。 4．基于REOs的肿瘤亚型鉴别—乳腺癌ER状态鉴别案例采用免疫组化检测鉴别乳腺癌的ER状态受试剂、检测者的经验等影响，存在较大的偏差。利用四组乳腺癌数据，识别了112对基因，其REOs分别在ER阴性与ER阳性乳腺癌组织中显著稳定但是REOs模式相反。通过分析这些基因对在每个样本的REOs是否显著多地与ER阴性或ER阳性样本中的REOs模式相同，重新鉴别ER的状态。通过评价重分类的ER阴性或ER阳性患者是否能获益于相应的他莫昔芬治疗或新辅助化疗，验证了此标志的有效性。这个基于REOs的分子标志能够客观判定乳腺癌患者的ER状态，减少临床上免疫组化检测的错误评定。综上，发展了基于转录组定性特征分析的肿瘤生物信息学方法，分别应用于整合分析独立数据、识别肿瘤的mRNA绝对量异常基因、构建肿瘤（乳腺癌）的预后及分型标志。利用这些稳健的分析方法，有助于肿瘤标志的识别及临床转化研究。收起

关键词 : 肿瘤生物信息学基因表达谱批次效应肿瘤微转移耐药性

6. 结扎冠脉诱发SP和CGPR在大鼠肺及背根神经节内变化及其干预的研究

[学位论文] 王秀萍山西医科大学 2005年硕士导师: 郭政共123页

摘要 : 　　本文通过观察结扎大鼠冠状动脉前降支不同时间肺脏P物质(SubstanceP，SP)和降钙素基因相关肽(Calcitoningene-relatedpeptide，CGRP)的变化、背根神经节和肺组织β-PPT(β-前速激肽原)mRNA和CGRPmRNA表达的变化及吗啡、曲马多痛觉干预对这些变化及... 展开

关键词 : 心肌缺血肺脏P物质降钙素基因相关肽背根神经节

7. 利用高通量组学数据识别癌症相关生物标记的可重复性研究

[学位论文] 邹金凤电子科技大学 2012年博士导师: 郭政共122页

摘要 : 基于蛋白质和基因表达谱等高通量数据识别与癌症发生和发展相关的生物标记是癌症研究的一个重要方面。尽管相关研究已经取得了大量的成果，但是已发现的各类生物标记在不同研究中的可重复性很低，导致人们对这些生物标记的生物学意义及其临床可应用性... 展开基于蛋白质和基因表达谱等高通量数据识别与癌症发生和发展相关的生物标记是癌症研究的一个重要方面。尽管相关研究已经取得了大量的成果，但是已发现的各类生物标记在不同研究中的可重复性很低，导致人们对这些生物标记的生物学意义及其临床可应用性产生了质疑。因此，分析影响癌症相关生物标记识别可重复性的因素并发现可重复的生物标记是非常重要的。本论文对基于蛋白表达谱和基因表达谱数据识别癌症相关标记的可重复性问题进行了探究。 1．分析表面增强激光解析电离飞行时间（ Surface Enhanced Laser Desorption/Ionization Time-Of-Flight，SELDI-TOF）质谱数据预处理方法对癌症相关蛋白峰标记识别可重复性的影响。SELDI-TOF质谱检测样本输出的原始数据为一列质荷比值及其对应的一列表达强度值，需要通过数据预处理方法从质荷比值中提取代表蛋白或多肽的蛋白峰并计算其表达值，以产生用于识别癌症相关蛋白峰标记的蛋白峰表达谱。然而，对于同一套SELDI-TOF质谱数据集，采用不同数据预处理方法识别的蛋白峰变化很大。我们的研究显示，这种差别主要从两个方面影响癌症相关蛋白峰标记（本文采用差异表达蛋白峰）识别的可重复性：（1）由一个蛋白峰表达谱筛选的差异表达蛋白峰在另外一个表达谱中缺失；（2）在包含较多蛋白峰的表达谱中识别差异表达蛋白峰的统计效能较低。因此，我们提出了在包含较多蛋白峰的表达谱中，采用2-均值聚类分层方法提高识别差异表达蛋白峰的统计效能，并证明采用该方法可以提高采用不同预处理方法识别差异表达蛋白峰的可重复性。根据上述结果，我们建议选取识别较多蛋白峰的数据预处理方法，再通过有效的方法提高识别癌症相关蛋白峰标记的统计效能，以发现更多可重复性较高的癌症相关蛋白峰标记。 2．发现与乳腺癌转移相关的微弱差异表达信号并提取可重复的乳腺癌转移相关功能标记。由于基因在转移和非转移乳腺原位癌两组样本之间的差异表达程度较低，在一些乳腺癌转移基因表达谱中，采用通常的错误发现率控制水平（如5%或10%）识别差异表达基因的统计效能可能很低，无法识别足够多的差异表达基因进行后续的功能富集分析，以提取乳腺癌转移相关功能标记。本文分析了5套研究乳腺癌转移的基因表达谱数据集，对于其中的2套差异表达信号微弱的数据集，我们采用两种方法识别足够多的差异表达基因，并据此富集乳腺癌转移相关功能：首先，我们采用2-均值聚类分层方法提高识别差异表达基因的统计效能，以识别更多的差异表达基因；其次，通过在另外3套数据集中进行的功能富集稳健性分析，我们采用较低的错误发现率控制水平识别更多的差异表达基因，并可靠地识别乳腺癌转移相关功能。然后，我们提出统计方法基于不同数据集提取可重复的乳腺癌转移相关功能标记。最后，我们对采用上述两种方法提取的可重复乳腺癌转移相关功能进行比较。结果显示在乳腺癌转移过程中，一些生物学过程（如细胞分裂、细胞周期和DNA代谢过程等）的整体而非其一部分受到了扰动，反映了乳腺癌转移是一种涉及广泛基因表达改变的系统性疾病过程。综上所述，本论文分析了基于高通量SELDI-TOF质谱和基因芯片两种技术识别癌症相关生物标记的可重复性问题，并提出了适当的解决方案，对基于这两种高通量技术进行癌症研究具有重要的意义。收起

关键词 : 癌症统计效能可重复性生物标记高通量数据识别基因芯片

8. 基于转录组定性特征识别结直肠癌早期诊断及预警标志

[学位论文] 关庆洲福建医科大学 2019年博士导师: 郭政共121页

摘要 : 结直肠癌（colorectalcancer，CRC）是最常见的恶性肿瘤之一，致死率高。结肠镜检联合活检样本的病理检查是结直肠癌确诊的金标准。然而，早期癌症患者的病灶小，通常会存在组织活检取样量少和取样位置偏差（癌旁）等问题，导致结直肠癌的漏诊率较高。... 展开结直肠癌（colorectalcancer，CRC）是最常见的恶性肿瘤之一，致死率高。结肠镜检联合活检样本的病理检查是结直肠癌确诊的金标准。然而，早期癌症患者的病灶小，通常会存在组织活检取样量少和取样位置偏差（癌旁）等问题，导致结直肠癌的漏诊率较高。因此，有必要筛选一个结直肠癌特异的分子标志为结肠镜检提供辅助诊断，提高结直肠癌特别是早期微小病灶患者诊断的准确性。目前，已有研究提出一些结直肠癌的诊断标志，但是其普遍将癌旁正常样本视为正常样本进行分析。然而，许多癌旁组织样本已具有癌症的一些分子特征。因此，我们利用结直肠癌组织及其毗邻癌旁组织共同的分子特征筛选区分结直肠癌（包括癌旁正常）和非癌（包括非癌旁正常和炎症）的诊断标志。此外，对于伴有结直肠癌癌前病变（包括溃疡性结肠炎和腺瘤等）的非癌患者，预测该患者的癌症发生风险是一个有意义的课题，对该患者癌症的预防具有潜在的指导作用。由于存在检测的批次效应，基于转录组定量特征的标志在应用时通常需要先对样本进行标准化处理且难以应用于不同实验室检测的样本，导致其无法对样本进行个体化判断，不适用于临床应用场景。相对于转录组定量特征，我们实验室的前期研究表明基于转录组定性特征（即样本内基因表达水平的相对高低秩序关系）具有对批次效应、RNA的部分降解、微量RNA的扩增偏倚和肿瘤上皮细胞占比变化不敏感等优点。据此，我们已筛选出了高度稳健的基于转录组定性特征的非小细胞肺癌、肝癌以及其它癌型的诊断或预后标志。鉴于上述存在的一些问题以及转录定性特征的独特优势，本课题将主要从以下三个方面展开： 1论证转录组定量特征的不确定性首先，选取MAQC（TheMicroArrayQualityControl）项目中采用两个低通量PCR检测平台（StaRT-PCR?Assays和TaqMan?Assays）检测的技术重复样本（样本A和样本B），我们证明了基因表达值的定量信息在低通量的检测平台中也存在较大的变异。另外，基于公共数据库中的高通量芯片和测序数据，以支持向量机（SupportVectorMachine，SVM）和朴素贝叶斯（Na?veBayes）构建的结直肠癌鉴别标志为例，我们系统地证明了基于转录组定量特征的标志在个体化应用时存在较大的不确定性，难以稳健地用于临床实践。 2识别基于转录组定性特征的结直肠癌早期诊断标志由于结肠镜检取样位置偏差是结直肠癌误诊的一个重要原因，因此构建的结直肠癌标志应能将这部分样本判断为癌。因此，本课题利用结直肠癌组织及其毗邻癌旁组织共同的分子特征，识别结直肠癌的早期诊断标志，其得到的标志适用于临床上取样位置偏差的样本，降低临床病理诊断的假阴性率。基于训练集样本中共692个结直肠癌样本（包括癌旁正常）和168个非癌样本（非癌旁正常和炎症）的转录组定性特征,我们筛选到了由7个基因对构成的结直肠癌早期诊断标志，其在由不同平台检测的多个数据集的活检和手术切除样本中均得到了验证。对来自公共数据库中的独立验证集数据共977个结直肠癌样本（包括癌症和癌旁正常）和163个非癌样本（包括非癌旁正常和炎症）,该标志的敏感性和特异性分别为99.7%和94.5%，其几何均值为97.1%，AUC值为0.9589(95%CI=0.9521-0.9657)。此外，该标志还将我们实验室自测的33个结直肠癌活检样本（Affymetrix平台）和13个具有不同肿瘤上皮细胞占比（40%到100%）的结直肠癌手术切除样本（RNA_seq平台）全部正确地鉴定为癌，进一步证明了我们筛选到的结直肠癌早诊标志的稳健性。 3识别基于转录组定性特征的结直肠癌预警标志鉴于从正常结直肠组织到癌的发生是一个渐变的、连续的多步骤过程，以及转录组定性特征的独特优势。我们以结直肠癌组织和完全正常结直肠组织为研究对象，筛选基于转录组定性特征的结直肠癌预警标志，用于预测伴有癌前病变非癌患者的癌症发生风险。然后，在具有不同病程癌前病变（溃疡性结肠炎和腺瘤）的非癌患者样本中，通过计算病程长的炎症或腺瘤样本与癌症转录组特征的相似度打分，分析其是否比病程短的打分显著高来初步验证该预警标志的有效性。对数据集GSE13367中的16个活动性溃疡性结肠炎（UC_active）样本和18个非活动性溃疡性结肠炎(UC_inactive)样本，结果表明在UC_active样本的预警打分（中值为0.5614）比在UC_inactive样本的打分（中值为0.2778）显著高（秩和检验，p=5.9687e-05）。对数据集GSE53306中的UC_active样本和UC_inactive样本以及数据集GSE37364中不同病程的腺瘤样本，我们也取得了相似的结果。上述结果初步证明了我们的标志对伴有癌前病变非癌患者的癌症发生风险具有潜在的预警效能。收起

关键词 : 结直肠癌早期诊断转录组定性特征预警标志

9. 癌症和老化相关的DNA甲基化标记的稳健性及来源解析

[学位论文] 李红东电子科技大学 2015年博士导师: 郭政共119页

摘要 : DNA甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰机制与癌症的发生发展有着密切的关系。近年来，人们已在癌组织样本中发现了大量的基于DNA甲基化水平绝对量的癌症甲基化诊断标记。但是，这些标记普遍存在可重复性低的问题。然而已有研究表明基于基因表达水平... 展开 DNA甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰机制与癌症的发生发展有着密切的关系。近年来，人们已在癌组织样本中发现了大量的基于DNA甲基化水平绝对量的癌症甲基化诊断标记。但是，这些标记普遍存在可重复性低的问题。然而已有研究表明基于基因表达水平的相对大小秩次关系的肿瘤标记物具有较高的稳健性。因此，本文首先评估了基于DNA甲基化水平相对大小的秩次关系来寻找癌症诊断标记的可行性。本文第一部分分别从五种不同癌组织的甲基化谱数据中选出了DNA甲基化水平的相对大小秩次关系在癌症和正常样本间发生显著逆转的CpG位点对，并根据这些逆转对的DNA甲基化水平的秩次关系，利用投票规则对测试集和验证集中的样本进行预测。结果显示这些标记对癌症和正常样本的预测准确率均达到90%以上且具有很好的跨数据集预测能力，提示基于DNA甲基化水平秩次关系的癌症诊断标记同样具有较高的稳健性且这类标志可以自然地应用于个体的鉴别诊断。相比于组织样本，在外周血中发现的分子标记更便于临床应用。但是，目前在外周全血、血清中识别的癌症相关的DNA甲基化标记的来源和特异性尚不清楚。因此，在本文的第二部分中我们分别在全基因组水平上对头颈癌、卵巢癌外周全血和头颈癌血清DNA甲基化谱数据中识别的异常DNA甲基化信号的来源进行了分析。结果显示，在这些数据中识别的差异DNA甲基化位点中至少有94.7%以上的位点的DNA甲基化水平同时也在髓性细胞和淋巴性细胞间显著差异，并且它们在癌症样本中的DNA甲基化水平相对正常对照样本的高、低甲基化改变方向完全与其在髓性细胞相对淋巴细胞的高、低甲基化改变方向一致。类似的结果也在风湿性关节炎外周全血和结肠炎外周白细胞的DNA甲基化谱数据中被观察到。这些结果提示在癌症和炎症外周全血、血清中观察到的异常DNA甲基化信号是由癌症和炎症状态下外周血中髓性细胞比例增加、淋巴细胞比例减少的构成变化所决定，主要反映髓性细胞和淋巴性细胞间的差异DNA甲基化信号。因此，相对于正常对照样本来说在癌症病人外周血或血清中识别的DNA甲基化标记可能缺乏癌特异性，难以区分癌症和炎症病人。老化相关的分子改变是癌症发生发展的重要风险因子，但是目前在外周全血中发现的与老化相关的DNA甲基化改变的来源亦不清楚。因此，在本文第三部分中我们基于多套正常人群外周全血DNA甲基化谱数据集对外周全血中与老化相关的DNA甲基化信号进行了分析。结果显示在不同外周全血数据中可稳定识别与老化相关的DNA甲基化位点（记为arCpGs）；外周全血中髓性和淋巴性细胞的比例随年龄程度较低（Spearman秩相关系数仅为0.15~0.22），只有部分DNA甲基化水平在这两种细胞间差异程度较大的位点容易受其影响而在外周全血中被识别为arCpGs，提示在外周全血中识别的arCpGs主要反映外周白细胞内部与年龄相关的的变化。进一步对正常外周CD4+T细胞和CD14+单核细胞的DNA甲基化谱数据分析，发现CD4+T和CD14+单核细胞中的arCpGs随机交叠（P=0.794）并且它们在CpG岛内外的分布以及涉及到的生物学功能上都存在不同；CD4+T细胞和外周全血中的arCpG显著交叠且交叠位点的甲基化水平与年龄正、负相关性显著一致（P<2.2×10-16）。而 CD14+单核细胞中识别的arCpGs与在外周全血中识别的arCpGs并不显著交叠，但是在交叠的51个arCpGs中，有90.1%的位点在CD14+单核细胞、外周全血以及CD4+T细胞中的DNA甲基化水平与年龄的正、负相关性一致，提示它们可能主要反映细胞间共同的改变。因此，在外周全血中识别的arCpGs主要反映某些白细胞共同或特异的DNA甲基化改变。综上，本文提出了一种寻找癌组织DNA甲基化诊断标记的新方法，并揭示了外周全血中与癌症及老化相关的DNA甲基化信号的来源，对寻找癌症诊断（尤其是炎、癌鉴别）及风险预测的DNA甲基化标记具有重要意义。收起

关键词 : DNA甲基化稳健性表观遗传学癌症诊断分子标记

10. 癌症外周全血mRNA差异信号的可重复性、来源及功能研究

[学位论文] 洪贵妮电子科技大学 2014年博士导师: 郭政共112页

摘要 : 许多研究者试图通过比较癌症患者外周全血与正常对照组的mRNA表达谱，寻找可以作为癌症预防、早期诊断或治疗的标记物。然而，鲜有工作评价在癌症患者外周全血和正常对照组之间发现的差异mRNA信号是否可在不同的研究中重复。同时，由于在外周全血中的... 展开许多研究者试图通过比较癌症患者外周全血与正常对照组的mRNA表达谱，寻找可以作为癌症预防、早期诊断或治疗的标记物。然而，鲜有工作评价在癌症患者外周全血和正常对照组之间发现的差异mRNA信号是否可在不同的研究中重复。同时，由于在外周全血中的RNA主要来自各种白细胞，从癌症外周全血中检测到的mRNA差异信号可能反映某些白细胞在机体癌症状态下发生的改变，也可能反映癌症患者外周血白细胞构成比例的变化。在不确定外周全血mRNA差异信号来源的情况下，许多研究者仍利用通路富集分析来解释癌症外周全血差异表达基因的生物学功能，其含义是模糊不清的。因此，本论文首先分析在同一种癌症的不同独立基因表达谱数据中识别的mRNA差异信号是否具有显著的可重复性，然后分析外周血白细胞构成比例改变对癌症外周全血差异mRNA信号的影响，最后利用差异上、下调基因分开进行通路富集的分析策略对癌症外周全血差异表达基因进行了功能分析和含义解读。在第二章中，我们以肺癌为例，展示了从三套独立的肺癌外周全血基因表达谱中分别识别的差异表达基因具有显著的可重复性。然后，通过估计每个样本的白细胞比例，展示了在癌症条件下外周血白细胞构成比例的变化特点，即髓系细胞比例倾向于增加而淋巴系细胞比例倾向于降低。通过筛选髓系细胞相对淋巴系细胞的差异表达基因，并与肺癌相对正常对照组的差异表达基因比较，发现肺癌外周全血mRNA差异信号主要受髓系和淋巴系细胞的比例变化影响，主要反映髓系细胞和淋巴系细胞之间的表达差异信号。通过对肺炎、肺结核和结节病三种肺部炎症疾病表达谱进行类似分析，我们发现肺部炎症疾病外周全血mRNA差异信号也来自髓系细胞比例增加、淋巴系细胞比例降低的白细胞构成比例变化,反映髓系细胞和淋巴系细胞间的差异信号。通过直接比较肺癌和肺部炎症疾病分别相对正常对照组的差异表达基因，发现两者交叠的基因在表达调控方向上100%一致，提示肺癌和肺部炎症疾病的外周全血差异mRNA是高度相似的。因此，通过识别癌症相对正常对照组的差异表达mRNA信号对寻找有临床实践意义的炎、癌鉴别生物标记物的意义十分有限。在第三章中，我们总结了功能富集分析的两种策略，并通过分析由基因芯片和RNA-seq两种技术检测的五种癌症的表达谱数据证明了将差异上、下调基因分开富集的策略比合并差异上、下调基因的策略具有更高的统计效能。在第四章中，我们首先展示除了肺癌之外，结肠癌的外周全血mRNA差异信号也主要来自白细胞的群体构成变化。据此，我们推测不同癌症外周全血中观察到的mRNA信号扰动都和白细胞构成改变相关。利用将差异上、下调基因分开富集的策略，识别了肺癌、结肠癌、乳腺癌和卵巢癌四种癌症外周全血差异表达基因共同扰动的通路，发现这些通路都富集了髓系和淋巴系细胞之间的差异表达基因，进一步表明癌症外周全血中的功能信号主要反映白细胞群体数目的改变，而较难反映某种白细胞的功能异常。因此，基于人类外周全血基因表达谱寻找临床可应用的癌、炎鉴别标记物时，必须排除白细胞比例构成改变的影响，集中于直接比较癌、炎外周全血的基因表达谱，或寻找某些特定白细胞中可能存在的分子标志。收起

关键词 : 基因芯片技术差异表达基因癌症外周全血功能富集 RNA-seq技术