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为探究大脑白质相关疾病的关联，研究人员对大脑白质基因表达数据进行降维分析，定位正常（稳态）、胶质母细胞瘤（GB）和阿尔茨海默病（AD）吸引子，发现与衰老、疾病发生相关路径，该研究有助于理解疾病生物学及寻找治疗线索。
在生命科学和医学领域，大脑相关疾病一直是研究的重点与难点。阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）和胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GB），一个让患者记忆与认知逐渐消逝，一个如同脑部的 “恶性风暴”，严重威胁着人们的健康与生活质量。目前，虽然对这两种疾病都有一定研究，但它们与正常生理状态、衰老过程之间的复杂关系仍迷雾重重。例如，在基因层面，哪些基因在这些疾病进程以及衰老过程中发挥关键作用，它们之间又存在怎样的相互联系？这些问题亟待解决，因此，开展深入研究以揭示其中奥秘具有重要意义。
来自古巴哈瓦那控制论、数学和物理研究所的研究人员，针对上述问题展开了研究。他们的研究成果发表在《Heliyon》上，为我们理解这些疾病提供了新的视角。
研究人员运用了主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）这一关键技术，对大脑白质的基因表达数据进行分析。数据来源于癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）中胶质母细胞瘤的病理正常和肿瘤样本，以及艾伦研究所关于衰老和痴呆的纵向研究中的阿尔茨海默病和对照（老年）白质样本。
下面来看看具体的研究结果：
- 基因表达空间与疾病风险关联：研究发现基因表达空间中存在与衰老、AD 和 GB 风险增加相关的方向，大致与 PC1 轴相关。沿此方向变化意味着跨越从正常（N）状态到 AD 和 GB 状态的低适应性障碍，从而增加患病风险。通过分析 PC1 轴方向的基因，研究人员发现一些基因在衰老、GB 和 AD 进程中起着关键作用。例如，部分沉默基因与化学突触传递通路相关，而这一通路功能下降是大脑衰老的特征之一。
- AD 与 GB 的基因表达差异：PC2 轴方向显示 AD 和 GB 是相互排斥的。从临床证据和分子生物学研究来看，二者似乎处于相反的 “基因表达半平面”。沿着 PC2 轴的基因在 AD 和 GB 中呈现相反的调控状态，如 MMP9、UBE2C 和 BCYRN1 等基因。这表明 PC2 轴涉及的基因在这两种疾病的发展过程中有着不同的作用机制。
- 衰老走廊的发现：研究确定了基因表达空间中存在一个衰老走廊，这是衰老的优先路径。从 N 区域到接近 AD 吸引子的正常老年大脑样本区域，衰老过程似乎形成了一条连续的轨迹，且符合程序性衰老的假设，意味着衰老可能是由基因编程的。
- 衰老与避免 GB 吸引子的关系：预定的衰老走廊可能与避免强大的 GB 吸引子的压力有关。在大脑白质中，随机运动模型显示，如果不避免 GB 吸引子，细胞被其捕获并引发肿瘤的概率较高。但实际 GB 发病率远低于预期，这表明细胞在衰老过程中可能会主动避免向 GB 吸引子方向发展。
- AD 的发病机制：晚期 AD 可能是老年大脑微状态被 AD 吸引子捕获的结果。衰老过程初期沿着衰老走廊进行，最后 O 状态被弱 AD 吸引子捕获。这一过程得到了小鼠模型实验和相关计算结果的支持。
研究结论表明，通过简单的定性绘图，确定了基因表达空间中与衰老、致癌作用、AD 发病相关的方向，每个方向都对应着特定的 “元基因” 或基因表达谱，从中可提取出关键基因。不过，部分结果还需要进一步验证，如程序性衰老与避免 GB 吸引子的关系，以及晚期 AD 的发病机制等。
这项研究具有重要意义。它不仅确认了一些已知的关系，还提出了新的观点，为后续研究指明了方向。例如，对相关基因和通路的分析虽然目前只是定性的，但为未来研究提供了线索。此外，研究人员预期类似的分析方法应用于其他组织，能够帮助我们理解更多看似不相关疾病的生物学机制，为疾病治疗找到新的突破点，有望推动生命科学和医学领域在大脑相关疾病研究方面取得新的进展。
