外周血CD4+T细胞中与老化相关的DNA甲基化标志及Alzheimer病免疫损伤风险标志

It's important to identify DNA methylation markers in whole blood for aging or age-related diseases such as Alzheimer's disease (AD). However, as different leukocyte subtypes have different DNA methylation patterns, the origin and functional significance of whole-blood based methylation markers for aging and age-related diseases are unclear. In a pre-experiment we have identified CpG methylation markers for aging from CD4 T cells which could also be presented in whole blood, and CpG methylation markers from whole blood for AD which could not be influenced by the cell proportions changes. Here, we will further identify five DNA methylation markers for aging and their corresponding functional injury signatures located in the promoter region of CUL5、RNPEPL1、CTDP1、PKMYT1 and ITGAX, and DNA methylation markers for AD and their functional injury signatures from CD4 T cells, and analyze the presentation of such markers in whole blood. Then, we will verify the risk factors associated with aging in AD CD4 T cellss and verify their presentation in AD whole blood. Results of this research would have extensive importance in the investigation of mechanism of aging related immune injury and mechanism of AD and the identification of risk factor for AD.

在外周血中发现老化及阿尔兹海默病（AD）的DNA甲基化标志有重要的意义。但是，由于各类外周血细胞的DNA甲基化模式不同，在外周全血中识别的老化及老化相关疾病的分子标志的细胞来源与功能意义尚不明确。在预实验中，我们初步识别了外周血CD4+T细胞与老化相关的甲基化标志及外周血白细胞中与AD相关的甲基化标志，并据此发现了5个关键的与CD4+T细胞老化相关的AD发病风险候选标志（位于基因CUL5、RNPEPL1、CTDP1、PKMYT1和ITGAX启动子区域）。本课题拟进一步分析CD4+T细胞的老化DNA甲基化标志及相应的功能通路特征；识别CD4+T细胞中与AD相关的DNA甲基化标志及相应的功能通路特征，并分析AD标志在外周全血中的可呈现性；验证与CD4+T细胞老化相关的AD关键风险标志及其在AD外周全血中的可呈现性。本课题对探究老化及AD相关的免疫损伤机制及识别AD的风险标志兼具理论与应用价值。

识别外周白细胞中老化及阿尔兹海默病（AD）相关的免疫损伤特征对进一步认识免疫在老化及AD发生发展中的作用具有重要意义。本项目主要对以下4个方面进行了研究：（1）外周全血中老化和AD相关的异常DNA甲基化的来源解析；（2）外周白细胞上老化与AD共同的DNA甲基化改变特征；（3）建立在混杂血液样本中识别疾病相关的免疫损伤特征模型；（4）外周白细胞上AD相关的差异表达模式及与老化的关系。重要结果：（1）通过对2565个外周全血DNA甲基化谱进行分析，本项目发现外周全血中存在稳定的与年龄、AD相关的DNA甲基化改变信号，这些信号能够部分反映CD4+T细胞和CD14+单核细胞等外周免疫细胞上的DNA甲基化改变但还会受到外周血中髓性细胞和淋巴细胞相对比例改变的影响（2）外周全血中阿尔兹海默相关的DNA甲基化改变与老化相关的DNA改变存在显著交叠的现象。交叠的基因主要涉及到nervous system development, neuron differentiation 和 neurogenesis等和神经发育相关的功能通路；（3）以外周纯化的白细胞基因表达模式作为参考，利用基因间相对表达秩序关系，开发了一种能从外周血样本中有效识别来自白细胞亚型内部与疾病相关的分子改变的方法Ref-REO；（4） 基于Ref-REO方法，从285例阿尔兹海默患者外周全血中筛选出了66个与阿尔兹海默病相关的基因。这些基因显著富集在oxidative phosphorylation, proteasome，ribosome 和Wnt signaling pathway等阿尔兹海默病相关的通路中。同时，这66个基因中有53个在161例阿尔兹海默患者四个脑区中发现差异并与已报到的阿尔兹海默病标记明显相关。我们的研究结果还发现这些基因中有21个基因与年龄显著相关，并且在年龄较小的患者中改变更为严重。这进一步证明了阿尔兹海默病与老化的关系。本项目对外周全血中老化及AD相关的免疫损伤标志的来源及功能进行了分析，并在此基础上开发了基于基因间相对表达秩序的方法Ref-REO来识别疾病相关的免疫损伤标志，对后续在血液中发现并识别其它疾病的早期预警标志具有一定的指导意义。