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Early epigenetic changes of Alzheimer’s disease in the human hippocampus人类海马体中阿尔茨海默氏病的早期表观遗传变化

一、研究背景

阿尔兹海默病（AD）是一种慢性神经退行性疾病，在过去的几十年中，由于人口老龄化，AD的患病率急剧上升，预计到2050年将影响全球1.52亿人。

但与此同时，AD的诊断测试和治疗选择仍然十分有限，虽然有一些生物标志物显现出诊断的价值，但仍有很多阻碍阻止这些生物标志物运用于临床诊断。而进行临床前阶段的干预被认为是认为延缓AD发展的最好方法,因此快速确定AD的临床阶段十分重要。

表观遗传修饰产物由于其的稳定性以及体液中的可及性被认为是有着临床运用前景的生物标志物。而其中甲基化是研究最广泛的一种，大量的全基因组研究表明，AD病例中甲基化的基因存在差异，这些基因包括先前与AD的发病机理或遗传背景相关的基因。

因此，作者试图研究AD患者的海马体甲基化表达鉴定AD早期阶段的表观遗传学变化。

二、研究思路

三、结果解析

1、AD早期的表观遗传标记筛选

为了筛选表观遗传标记，作者使用了同一个实验室已发表研究中的DNA甲基化芯片数据来鉴定在AD早期显示差异DNA甲基化CpG位点。这项研究测定了一组38例来自于人的海马样本（26例AD患者和12例对照）中的甲基化位点，并通过ABC评分（一项根据β淀粉样蛋白、神经元纤维缠绕以及神经斑进行的AD神经病理学改变评分）将患者分为不同AD患病程度组别（ABC得分低中高）进一步鉴别早期AD的DMP位点。

与对照组的健康人样本相比，26例AD患者的海马体中总共发现了118个差异甲基化位点（DMP）。在这118个DMP中，作者拟合了针对年龄和性别进行调整的线性模型，以识别早期AD的DMP。

表1：早期AD海马体中的差异甲基化位点

图S1：筛选的不同甲基化位点的芯片测序结果

• 与对照组相比，AD早期（ABC分数低组）有8个DMP（绝对β差异≥0.085，p值≤0.05）。

2、在扩大的AD队列中验证候选表观遗传标记

扩大队列的53个样本（18个对照组，12个ABC分数低，14个中ABC得分和9个高ABC得分）（包括筛选DMP分析的所有样本）用于验证上一步提到的候选表观遗传标记，通过亚硫酸氢盐焦磷酸测序对8个DMP处的DNA甲基化水平进行定量。

表S3：芯片结果与焦磷酸测量结果的相关性

图S2：八个甲基化差异位点的芯片表达与测序结果相关性

• 对于芯片测序中包含的样品中（n = 38），观察到芯片结果与焦磷酸测序测量之间观察到DNA甲基化水平显著正相关。

图1：四个DMP在不同AD组别的测序表达结果

• 在验证阶段，与对照组（n = 18）相比，早期AD病例（n = 12）中共有4个CpG位点（DMP）的DNA甲基化水平存在显著差异。

• 与对照组相比，在所有AD阶段，这四个基因组位置的DNA甲基化水平仍显著升高。

3.经过验证的表观遗传标记与p-tau沉积物之间的相关性

由于在AD的最初阶段，海马体中就会出现磷酸化过高的tau（p-tau）蛋白沉淀，因此作者希望把4个经过验证的CpG位点中的每一个的DNA甲基化水平与样品中的p-tau蛋白负担相关联。作者使用ImageJ软件，通过半自动化定量方法测量每个受试者的p-tau负担并取平均值。

作者发现：

图2：四个位点的甲基化程度与p-tau的IHC评分相关性

• 海马中p-tau蛋白负担的平均面积与ELOVL2基因甲基化水平呈正相关[r = 0.350；p = 0.350。p值<0.05]

• 与HIST1H3E / HIST1H3F基因甲基化水平正相关[r = 0.469；p值<0.01]。

小结

作者在本文中通过研究自身队列的甲基化芯片数据以及测序数据，筛选了4个AD相关的甲基化位点，研究了其与p-tau蛋白表达的相关性。并在文后的讨论部分分析了这些基因位点的甲基化改变与AD发病的可能机理的影响。

  文章的主要局限性在于这是一个观察性的横断面研究，无法得出因果关系或者机械结论。有必要进一步研究这四个甲基化位点与AD病理的作用以及其与p-tau的关系。