人參對創傷性應激障礙預防作用的數據挖掘研究*

王中立 易本誼 干麗君 劉秀秀 李秀麗 劉夢玲 鄧 彥

（1.九江學院，江西 九江 332000；2.九江學院江西省系統生物醫學重點實驗室，江西 九江332000；3.重慶市中醫院，重慶 400021）

創傷性應激障礙（PTSD）是影響人類健康的神經精神疾病，隸屬于中醫學的情志病范疇［1］。由于生產生活方式的轉變、自然災害的時有發生（如新型冠狀病毒肺炎的疫情）以及人們對健康認知程度的增加，此類疾病越來越受到重視，而且隨著研究的深入人們發現由PTSD所導致的嚴重后果遠遠超出預想［2］。PTSD不僅能夠導致患者失能，喪失工作生活的自理能力，同時又增加患者家庭的經濟負擔，對個人健康和社會都產生負面效應［3］。然而對于PTSD的發病機制尚不完全了解，但有證據顯示，兒童期甚至更早的應激因素即早期應激是發生PTSD的重要致病因素，其中最為重要的應激因素就包括了母親作為神經精神疾病的確診患者（如PTSD或抑郁癥）［4］。該因素導致子代在相同的應激環境中更容易罹患PTSD。現代醫學認為一系列與PTSD相關基因表達異常是這一現象的主要原因。雖然如此，但臨床實踐中并未給予此類人群相關的干預措施，直至發病后才有針對性的治療方案，然而療效不能令人滿意［5］。

中醫對情緒性疾病的治療有著悠久的歷史，并且臨床療效顯著，所以繼承和發揚傳統中醫進行情緒性疾病的治療是比較理想和可行的方法。尤其中醫學的“未病先防”思想為預防早期應激導致成年PTSD高發提供了早期干預的理論依據和用藥指導［6］。前期的研究中，筆者課題組發現人參在拮抗PTSD的藥理作用方面表現突出［7］，為了進一步研究人參在預防經歷早期應激人群罹患PTSD的作用，發揮其“治未病”的功能，本研究通過GEO芯片數據比較患病母親對下一代基因表達影響，并將結果與TCMSP數據庫人參藥效作用靶點相匹配，獲得人參預防PTSD的基礎研究數據。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 數據來源 美國國家生物技術信息中心（NCBI）GEO數據庫（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）獲取芯片原始數據信息，芯片編號GSE114852。人參藥效作用靶點信息來源于TCMCP數據庫（http：//tcmspw.com/tcmsp.php）［8］。

1.2 數據信息 GEO芯片GSE114852實驗組包括：患PTSD孕婦20例，患抑郁癥孕婦31例，抑郁癥與PTSD共病孕婦13例，同時選取62位健康孕婦作為對照組。入組對象分娩后采集嬰兒臍帶血進行基因芯片檢測。

1.3 研究方法 將實驗組中罹患不同疾病患者的基因檢測結果分別與對照組比較，獲得差異基因。將所有差異基因匯總進行PPI分析（https：//string-db.org/cgi/input.pl），得到差異基因所表達蛋白的相互作用情況。進一步對差異基因進行基因本體論分析（GO分析），判斷實驗組與對照組所存在的功能差別。檢索TCMSP數據庫人參藥效作用靶點，設置檢索條件為生物利用度不低于30%，類藥性不低于0.18，將所獲得藥物靶點進行GO分析與前者的差異基因分析結果比對，找到人參預防早期應激因素導致情緒疾病的作用靶點和機制。

1.4 統計學處理 應用R語言進行芯片數據的分析整理并制圖，應用perl語言進行基因ID轉換。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 患PTSD孕婦對嬰兒臍帶血基因表達的影響 見圖1，表1。PTSD母親所產新生兒臍帶血基因表達與健康新生兒比較出現31個顯著差異表達，其中21個基因顯著下調，10個基因顯著上調。

圖1 PTSD孕婦對新生兒臍帶血基因表達的影響

2.2 患抑郁癥孕婦對嬰兒臍帶血基因表達的影響 見圖2，表2。抑郁癥母親所產新生兒臍帶血基因表達與健康新生兒比較出現3個顯著差異表達，均為顯著下調。

表1 PTSD孕婦對新生兒臍帶血基因表達影響

表2 抑郁癥孕婦對新生兒臍帶血基因表達影響

2.3 抑郁癥與PTSD共病孕婦對嬰兒臍帶血基因表達的影響 見圖3，表3。抑郁癥與PTSD共病母親所產新生兒臍帶血基因表達與正常新生兒比較出現6個顯著差異表達，其中1個基因顯著下調，5個基因顯著上調。

圖2 抑郁癥孕婦對新生兒臍帶血基因表達的影響

圖3 抑郁癥與PTSD共病孕婦對新生兒臍帶血基因表達的影響

表3 抑郁癥與PTSD共病孕婦對新生兒臍帶血基因表達的影響

2.4 正常與患病孕婦所產嬰兒差異基因PPI網絡 見圖4，表4。通過蛋白質互作網絡圖分析，獲得差異基因之間的相互作用關系。結果顯示：大部分差異基因處于獨立的離散狀態，可能主要與新生兒臍帶血與成年人的組織細胞的性質不同有關，其對后續的生長發育調節以及應激環境下的適應調節有關。其中7個基因是具有相互關聯的，說明差異基因在某些生理功能或通路中具有聚集性的改變，從而協同改變了某一生物學過程。

圖4 差異基因PPI蛋白質網絡相互作用圖譜

表4 早期應激致差異表達基因PPI蛋白質網絡相互作用

相互作用連線表示兩者通過數據庫、實驗驗證、文本挖掘、基因共表達等途徑被證明具有相互作用關系。

2.5 差異基因GO分析結果 見圖5，表5。通過基因本體論分析，獲得差異基因在機體中所負責調控的生理功能，并將具有顯著差異的功能排序呈現。結果顯示：差異基因富集在單胺類跨膜轉運蛋白活性，MHC蛋白結合，碳氧裂解酶活性三大生理功能。其中單胺類跨膜轉運蛋白活性最為顯著。

圖5 差異基因GO分析結果

表5 早期應激致差異表達基因的GO分析結果

2.6 人參作用靶點基因GO分析結果 見圖6，表6。通過基因本體論富集分析，獲得人參藥效作用靶點基因所富集的生理功能，并將排名前10位呈現在圖中。結果顯示：人參作用靶點主要集中在蛋白結合、神經遞質轉運和受體功能（膜受體、胞質受體和核受體）3個方面。與結果2.5中差異基因富集的3個具體功能存在很好的對應關系，提示人參具有逆轉母親患病這一應激因素所導致的異常表現的潛在藥效作用。

圖6 人參藥效靶點基因GO分析結果

表6 人參藥效靶點基因GO分析結果

3 討 論

PTSD是機體遭受重大應激事件后發生的嚴重的情感障礙，一般認為超過6個月仍然存在臨床相關癥狀即可被診斷。PTSD發病后不僅能夠轉化合并多種精神類疾病而且能夠導致患者自殺等嚴重后果。在對該病發病機制的研究中發現，經歷同一應激事件后（如地震）并不是所有經歷者都罹患PTSD，即使同為患者所表現出的臨床癥狀側重點各不相同，對治療藥物的反應也是如此［9］。由此，科研人員認為先天因素或兒童時期遭受應激因素導致基因表達本底水平的差異可能在PTSD發病中扮演著重要角色。

本研究通過GEO數據庫獲得患有精神疾病母親所產嬰兒臍帶血基因表達情況，并將其與健康嬰兒臍帶血基因表達水平相比較，發現一定數量的基因存在顯著差異表達。這些差異基因富集在單胺類轉運蛋白活性，蛋白結合及碳氧裂解酶活性3種生理功能之上。單胺類神經遞質功能的異常在PTSD發病中發揮著重要作用，研究顯示：5-羥色胺、多巴胺以及去甲腎上腺素等單胺類神經遞質與PTSD發病后的臨床表現及神經可塑性性改變密切相關［10-11］。臨床治療上目前唯一被美國食品藥品監督管理局（FDA）認為有效的藥物是5-羥色胺再攝取抑制劑，也說明單胺類功能異常是PTSD發病的重要因素［12］。另外兩個富集功能主要與信號轉導和能量代謝相關是機體完成生理功能的基礎，有研究演示PTSD患者中樞神經系統能量代謝異于常人［13］。由此可見：1）本次研究內容與目前業界對PTSD的認知相一致，數據比較可靠；2）早期應激導致與PTSD密切相關的基因出現異常，增加了罹患PTSD的風險，與早期應激與PTSD患病的學說相一致；3）如能夠及時干預，使異常表達基因恢復到正常水平，則可以達到預防發病的目的，即“未病先防”。

根據前期的相關研究結果，本研究選用人參作為預防早期應激導致PTSD發病的候選藥物。通過TCMSP數據庫獲得人參藥效作用靶點，對其進行GO分析從藥物靶點信息所獲得的主要藥理作用能夠很好地對應早期應激所致的功能異常表現。提示人參可以勝任預防由于早期應激導致的易感人群罹患PTSD的預防工作。結合中醫學臨床研究，進一步說明這一研究結果的合理性。PTSD隸屬于中醫學情志病范疇，認為該病主要表現為本虛標實，所以應用補益藥物治療是一個重要方向［14-15］。

然而，由于客觀因素的影響本研究也存在比較明顯的不足之處。首先，基因芯片檢測結果可能隨著技術的不斷進步會更精確，從而避免可能存在的誤差。其次，藥物作用靶點信息的獲得通過多種途徑，其中也包括了相對沒有實證性的方法，導致數據出現不可避免的偏頗。最后，隨著統計分析方法和計算機語言的發展，可以將目前的研究結果更精準化。

綜上所述，本文應用數據挖掘方法探討了早期應激可以導致PTSD易感的基因表達水平的證據，并通過進一步的分析得出人參對由此原因導致的PTSD易感人群具有保護作用，為進一步開展人參拮抗PTSD的基礎和臨床研究提供參考。