基于转录组和DNA甲基化联合分析探究IgE介导的食物过敏的表观学机制

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基于转录组和DNA甲基化联合分析探究IgE介导的食物过敏的表观学机制

Exploring the epigenetic mechanism of IgE mediated food allergy based on the joint analysis of transcriptome and DNA methylation

选题背景

1. 什么是食物过敏？

我们身体内的免疫球蛋白Ig（称为抗体），是由我们免疫系统制造的蛋白质，用于对抗诸如细菌、病毒和毒素等外来入侵的异物（医学术语称为“抗原”）。抗体是自身免疫系统中产生的，免疫系统对身体接触到的抗原会做出相应反应，如针对病毒细胞和细菌这些“入侵者”进行对抗。
但我们的抗体也可能对异物做出过度反应，包括对花粉、灰尘、皮屑（吸入类）和食物（食入类）发生过度反应，这就是过敏。

2. 食物过敏在中国的现状；

我们身体内的免疫球蛋白Ig（称为抗体），是由我们免疫系统制造的蛋白质，用于对抗诸如细菌、病毒和毒素等外来入侵的异物（医学术语称为“抗原”）。抗体是自身免疫系统中产生的，免疫系统对身体接触到的抗原会做出相应反应，如针对病毒细胞和细菌这些“入侵者”进行对抗。
但我们的抗体也可能对异物做出过度反应，包括对花粉、灰尘、皮屑（吸入类）和食物（食入类）发生过度反应，这就是过敏。

3. IgE介导的食物过敏与非IgE介导的食物过敏的区别；

IgE介导的食物过敏，是对进入体内的抗原（就是“过敏原”）的速发反应。例如有些人对鸡蛋过敏，他们吃了鸡蛋后，其免疫系统的一部分白细胞（B细胞）会产生IgE抗体与鸡蛋结合，因为此刻他们身体将鸡蛋视为毒素，而不是食物。在第一次暴露于这种过敏原后，IgE抗体附着在肥大细胞上停留。当对鸡蛋过敏的人再一次食用鸡蛋时，IgE抗体会使肥大细胞释放组胺和其他化合物，从而引起炎症、瘙痒等症状。只要不停止食用过敏的食物，IgE介导的食物过敏症状通常不会消失，但或许随着时间的推移，且个人健康状况的改善，则患者症状可能会减轻（产生耐受）。

研究方法

目标物种：人类（Homo sapiens）

组织：CD4+T细胞

生理状态：

• 无食物过敏（NA,non-food allregy）
• 仅花生单一食物过敏（SA,single food allergy）
• 多种食物过敏（MA,mulit food allergy）

数据集

• GSE189148 ：甲基化数据集
• GSE189149 ：RNAseq数据集

方法：

1. 差异甲基化分析

2. 差异基因分析

3. 通路富集分析

结果与总结

通过差异基因分析，共得到1862个差异表达基因（DEGs）

针对GSE189148数据集，通过差异甲基化分析，最终鉴定了36277个差异甲基化位点（DMPs），并且注释得到13058个具有甲基化异常修饰的基因。

将上述两者取交集，得到1224个具有异常甲基化修饰的差异表达基因

对具有异常甲基化修饰的差异表达基因通过功能富集，通过选定阈值（P-Value<0.05,q-Value<0.2）作为显著性指标，共有4条KEGG通路（图 A）和133条go通路被富集（图 B）。

ICOSLG位于细胞质核糖核蛋白颗粒和质膜中。能够实现相同的蛋白质结合活性。预测参与T细胞受体信号通路和白细胞介素-4（IL-4）产生的正调控。而白细胞介素-4在过敏原特异性免疫球蛋白（Ig）E的产生中起着至关重要的作用，这恰恰验证了本次实验对由IgE介导的食物过敏数据分析在ICOSLG上的准确性。

CD4是一种编码蛋白质的基因，编码的是T淋巴细胞的CD4膜糖蛋白，它在免疫反应中起重要作用，并在针对外部和内部攻击的反应中发挥多种功能。该基因不仅在T淋巴细胞中表达，而且在B细胞，巨噬细胞，粒细胞以及大脑的各个区域中表达。该蛋白的功能是启动或增强T细胞活化的早期阶段，并可能作为中枢神经系统感染性和免疫介导性疾病中间接神经元损伤的重要介质。因此。由IgE介导的食物过敏在CD4中表现出来显著差异符合逻辑。

在本次富集结果中，参考MalaCards数据库的通路，在食物过敏中起到作用的T cell activation被富集出来。除此之外，T cell receptor signaling pathway，regulation of T cell activation，T cell differentiation，T cell receptor signaling pathway等与T细胞免疫相关的通路也被富集出来。这说明免疫调控机制在食物过敏中起到重要作用，这和已知的结论一致。

展望

•本次通过对IgE介导的食物过敏数据进行分析，验证了表观遗传因素确实会对食物过敏造成影响。因此对食物过敏表观遗传机制的研究有助于减轻由IgE介导的食物过敏对人体造成的影响。

•但是，由IgE介导的食物过敏，仅仅是食物不良反应的一部分，还有非 IgE 介导的食物过敏和食物不耐受（food intolerance , FI）。

•遗传因素仅仅是影响食物过敏的其中一个因素。这是本次研究的局限性，未来对食物过敏的研究不能仅仅停留在表观遗传方面，环境和炎症等因素也应该纳入与食物过敏表型之间的关联。

•愿我对食物过敏的研究，能为化解人们“舌尖上的危险”尽一份绵薄之力。

致谢

感谢所有教授我知识的教师们，是你们平时的敦敦教诲，才给了我完成这篇论文的信心和能力。老师们表现出来的严谨而又幽默的教学风格和强大而又渊博的学术知识都将使我一身受用，这也是我在今后学习和工作中所要继续努力的方向。

本论文的完成并非终点，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

补充

为什么选用CD4+T细胞

CD4+T细胞是参与人体免疫的一种重要的免疫细胞[6]，通过T细胞受体对CD4+T细胞的激活会能增加 IL-2 的产生，加速T细胞增殖，阻止细胞进入无反应状态或死亡。但有研究表明，与解决食物过敏的儿童相比，未解决食物过敏的儿童会表现出T细胞激活基因的表观遗传破坏的累积性增加和较差的淋巴增殖反应[7]。因此，本研究通过对激活的CD4+T细胞的甲基化数据分析，来寻找调控食物过敏相关的表观遗传修饰。

其他食物过敏概述

由IgE介导的食物过敏，仅仅是食物不良反应的一部分，还有非 IgE 介导的食物过敏和食物不耐受（food intolerance , FI）

• 食物不耐受

据分析，来寻找调控食物过敏相关的表观遗传修饰。

其他食物过敏概述

由IgE介导的食物过敏，仅仅是食物不良反应的一部分，还有非 IgE 介导的食物过敏和食物不耐受（food intolerance , FI）

• 食物不耐受

不涉及免疫系统，是诸多因素造成身体消化食物缺陷，包括酶异常型（如乳糖不耐受）、药理异常型及未确定型。

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