淀粉样蛋白相关大脑状态下麻醉与术后海马转录反应的基因型依赖性方向性重组：5xFAD小鼠探索性转录组研究

《BMC Genomics》：Genotype-dependent reconfiguration of hippocampal transcriptional responses to anesthesia/surgery at 24 h in 5xFAD mice: an exploratory interaction-based analysis

摘要

背景

围手术期神经认知障碍（PND）是麻醉和手术后的已知并发症。与阿尔茨海默病相关的大脑状态可能增加易感性，但这种易感性究竟反映了一个定量上更大还是定性上不同的急性分子反应尚不清楚。我们使用5xFAD小鼠队列作为淀粉样蛋白相关大脑状态的探索性模型来探讨这一问题。

方法

对4月龄雌性野生型（WT）和5xFAD小鼠进行海马体全转录组RNA测序，分别在对照处理或异氟烷麻醉联合腹部手术后24小时（每个因子单元格n = 3）采样。使用DESeq2估计基因型、暴露及基因型×暴露效应。额外的敏感性分析包括效应量过滤、12次留一法样本拟合、edgeR拟似然建模以及Cook距离诊断。采用小鼠标志性基因集富集分析（GSEA）、四种基于标志物的细胞类型相关表达评分以及两个公共小鼠转录组数据集进行通路分析和外部背景验证。

结果

WT和5xFAD小鼠的基因型内对比分别在假发现率（FDR）< 0.05水平上鉴定出20个和3个暴露相关基因。DESeq2交互效应分析在FDR < 0.05水平上鉴定出53个基因；其中37个基因同时具有|交互log2FC| ≥ 1。全部53个基因在WT和5xFAD小鼠中暴露效应估计方向相反，尽管不要求分别在各自基因型内达到单独显著性。全部基因在12次留一法拟合和edgeR分析中均保持方向一致，且均未超过Cook距离阈值。然而，在edgeR中没有基因达到全基因组水平FDR < 0.05，表明基因水平显著性具有方法依赖性。基于交互效应排序的GSEA在FDR < 0.05水平上鉴定出10条标志性通路，包括TNF-α/NF-κB通路和干扰素程序的阳性交互富集，以及氧化磷酸化和脂质/代谢程序的阴性交互富集。全部10条通路在edgeR排序的GSEA中均保持方向一致且FDR < 0.05。四种基于标志物的评分均无显著交互效应。在外部数据集中，没有任何被标注基因在FDR < 0.05水平上得到重复验证。

结论

在这一小样本探索性队列中，5XFAD基因型与麻醉联合手术后24小时海马转录反应的方向性重组相关。通路水平的免疫-代谢交互模式比单个基因的显著性更为稳健。本研究结果未确立围手术期神经认知障碍表型，未区分麻醉效应与手术效应，也未验证生物标志物；这些发现为更大样本、纵向追踪、行为表型表征及实验验证的研究提供了假设依据。