Associatieanalyse van hart- en zenuwstelselziekten en het darmmicrobioom op basis van multi-omics big data en gerelateerde toepassingen

Een microbieel ecosysteem is een complexe gemeenschap van op elkaar inwerkende bacteriën. De potentiële rol van de darmflora in de menselijke gezondheid heeft uitgebreide aandacht getrokken. Onevenwichtigheden in het darmmicrobioom zijn betrokken bij een verscheidenheid aan chronische ziekten. Hart- en vaatziekten (HVZ) zijn wereldwijd de belangrijkste oorzaak van morbiditeit en worden beïnvloed door zowel genetische als omgevingsfactoren. Recente ontwikkelingen hebben wetenschappelijk bewijs geleverd dat hart- en vaatziekten ook te wijten kunnen zijn aan de darmmicrobiota. In veel literatuur hebben we complexe interacties gevonden tussen micro-organismen, hun metabolieten en mogelijke gevolgen voor de ontwikkeling en progressie van hart- en vaatziekten. Het gebruik van darmflora bij de behandeling van hart- en vaatziekten is de nieuwste onderzoeksrichting. Darmmicroben zullen in de nabije toekomst waarschijnlijk worden gebruikt bij de klinische behandeling van hart- en vaatziekten.

De darmflora speelt een belangrijke rol bij de menselijke gezondheid en bij de transformatie van ziekten. Het neemt niet alleen deel aan veel fysiologische processen van de gastheer, maar beïnvloedt ook de functie van het centrale zenuwstelsel (CZS) door de activiteit van de microbiota - darm - hersenas, die nauw verwant kan zijn aan neurotransmitter, immuun, endocriene en metaboliet. paden. Wanneer de darmflora disfunctioneel is, kan dit het optreden en de ontwikkeling van ziekten van het centrale zenuwstelsel beïnvloeden, zoals cerebrale ischemie, de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer, multiple sclerose, hepatische encefalopathie en psychische stoornissen. Fecale microbiële transplantatie, bewegingstraining, acupunctuur en massage en andere therapieën kunnen darmflorastoornissen verbeteren en zullen naar verwachting effectieve maatregelen worden om bepaalde ziekten van het zenuwstelsel te behandelen en te voorkomen.

1. Selectiebasis voor proefpersonen Op basis van elektrocardiogram, bloedonderzoek of B-ultrasonografie en andere onderzoeksmethoden, gecombineerd met klinische manifestaties, zullen patiënten die door professionele artsen worden beoordeeld als voldoend aan de inclusiecriteria van dit experimentele protocol, worden opgenomen in het studiecohort voor onderzoek.
2. Dosiskeuze/toedieningsplan/basis van dosisaanpassing Bij dit onderzoek waren geen interventie-experimenten betrokken, en er was geen dosiskeuze/doseringsregime/dosisaanpassing.
3. Basis voor bestemmingsselectie Dit experiment is geen interventie-experiment, dus het eindpunt van dit experiment wordt gekozen nadat bij de proefpersonen de diagnose verwante ziekten of bij de controlegroep is gesteld, en het eindpunt wordt genomen na voltooiing van de bemonstering.
4. Risico- en batenbasis Voor patiënten met specifieke cardiovasculaire en cerebrovasculaire aandoeningen wegen de voordelen van dit onderzoek ruimschoots op tegen de risico's. Dit experiment zal in vitro fecale monsters verzamelen, wat een niet-invasieve monsterverzameling is, die geen trauma voor patiënten zal veroorzaken en een hoge veiligheid heeft. Dit project zal ook perifere bloedmonsters van patiënten verzamelen voor onderzoek. Het proces van het verzamelen van bloedmonsters kan pijn en andere reacties met zich meebrengen, maar de operaties die bij dit onderzoek betrokken zijn, worden allemaal uitgevoerd door ervaren verpleegsters en verpleegkundigen om dergelijke risico's te minimaliseren.

Dit experiment zal bijdragen aan het onderzoek naar hart- en zenuwstelselgerelateerde ziekten. Door het moleculaire mechanisme op te helderen van darmmicro-organismen die hart- en vaatziekten en ziekten van het zenuwstelsel reguleren, kunnen ziektegerelateerde genen en biomarkers worden gevonden, waardoor de nauwkeurige diagnose van ziekten wordt bevorderd, doelen worden geboden voor de nauwkeurige behandeling en preventie van ziekten, en gerichte regulering van de structuur wordt geboden. en metabolietensamenstelling van micro-organismen. Preventie en behandeling van gerelateerde ziekten.

Onderzoek inhoud

1. Testpopulatie Dit project is van plan om multi-omics big data (gastheergenoom, transcriptoom, metaboloom, metagenomische en metabetomische gegevens) te gebruiken, gecombineerd met een cohort van hart- en vaatziekten (idiopathische ventriculaire tachycardie, restenose na coronair stentletsel) en een cohort van ziekten van het zenuwstelsel (halsslagader). atherosclerose, de ziekte van Moyamoya) en machine learning gebruiken om gegevens uit verschillende omics te integreren. Om dieper in te gaan op de mechanismen van hart- en vaatziekten en de rol van darmmicroben daarin. Het hele proces zal naar verwachting bijna 500 sequencing-objecten en verschillende omics-gegevens (in totaal tienduizenden samples) omvatten en in totaal honderden terabytes aan omics-gegevens opleveren.
2. Berekening van de steekproefomvang Via literatuuronderzoek en klinische big data-analyse kunnen betrouwbare conclusies worden getrokken met een experimenteel cohort van meer dan 200 personen en een controlecohort. De experimentele gegevens werden dus geselecteerd uit een ziektecohort van 250 mensen en een controlecohort van 240 mensen.
3. Specifieke onderzoeksinhoud Ten eerste moeten gegevens, waaronder bloed- en ontlastingsmonsters, worden verzameld van cohorten patiënten met cardiovasculaire en neurologische aandoeningen en van gezonde mensen. Op basis van de hoeveelheid gegevens in gepubliceerde artikelen en de statistische aanpassingsresultaten van het onderzoek wordt een geschat ziektecohort van 250 mensen en een gezond controlecohort van 240 mensen verwacht. Tegelijkertijd werd gedetailleerde steekproefinformatie (waaronder gegevens van lichamelijk onderzoek en fenotypische gegevens zoals dieetgegevens) geregistreerd, zodat multi-omics-gegevens konden worden gecombineerd om inzicht te krijgen in factoren die hart- en vaatziekten beïnvloeden.

Ten tweede werden het genoom en het transcriptoom van de verzamelde bloedmonsters gesequenced. Voor fecale monsters werden metagenomische sequencing en metometabolische en proteomische sequencing uitgevoerd.

Ten derde wordt voor multi-omics-gegevensverwerking de gegevensverwerking van gesequentieerde genen, transcripten, metagenomen en metabetomen uitgevoerd, en gecombineerd met ziektecohorten worden sleutelgenen geselecteerd die mogelijk overeenkomstige ziekten veroorzaken en overeenkomstige microbiële gegevens.

Ten vierde wordt voor de data-analysestap, gebaseerd op het cohort van hart- en vaatziekten en neurologische ziekten, de associatieanalyse van deze kandidaat-gastheergenen en bacteriën uitgevoerd met behulp van machine learning-methoden, en wordt de constructie en interpretatie van relevante routes in combinatie uitgevoerd. met eerdere onderzoeken. Mechanismen en trajecten leiden tot de herkenning van patronen voor de constructie van voorspellende modellen voor vroege ziektepreventie en ziektediagnose.