目的:通过生物信息学方法分析阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)中与星形胶质细胞相关的糖代谢通路,为揭示AD患者的星形胶质细胞在大脑中的糖代谢过程提供理论基础。方法:首先根据细胞特异性表达基因将AD患者和健康人脑组织单细胞转录组学测序结果进行降维分析,再根据星形胶质细胞不同亚型的基因表达特征进行细胞分群,对星形胶质细胞差异表达基因进行基因注释(Gene ***)、信号通路分析(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)以及基因集富集分析(Gene Set Enrichment Analysis,GSEA),采用转录调控网络分析与AD的星形胶质细胞相关的转录辅助因子。结果:所有细胞降维分析结果显示AD患者脑内星形胶质细胞和兴奋性神经元数量显著减少;星形胶质细胞降维分析结果显示其可以被进一步分为6个亚群,其中在AD患者中减少的星形胶质细胞主要为RASGEF1B^(+)SLC26A3^(+)亚群和NRGN^(+)CALM1^(+)亚群;GO分析结果显示AD患者与健康对照星形胶质细胞差异表达基因主要与轴突发生、神经元的迁移、胶质细胞分化、体内锌离子稳态、突触传递的正调控、血管运输有关。KEGG结果显示,上述差异基因主要与PI3K-Akt信号通路、AMPK信号通路、钙信号通路有关。GSEA分析结果显示,AD患者差异基因在糖酵解/糖异生通路中得到富集,其中丙酮酸激酶PKM、PFKL、ACSS1、乳酸脱氢酶LDHB在AD患者星形胶质细胞中下调。转录调控网络分析结果显示,星形胶质细胞中差异表达转录辅助因子有5个,其中PKM、SOX2、SOX9在AD患者星形胶质细胞中下调。SREBF1和BCL6在AD患者星形胶质细胞中上调。结论:AD患者脑内兴奋性神经元和星形胶质细胞数量降低,以及星形胶质细胞糖酵解相关基因下调。结合星形胶质细胞作为神经元的主要乳酸供应细胞,其数量减少和糖酵解能力减低提示星形胶质细胞供能不足可能是AD发生的机制之一。
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