【目的】脊髓损伤是一种常见的中枢神经系统损伤疾病,严重时可以导致感觉及运动功能的丧失。导致神经功能丧失的主要原因是因为哺乳动物脊髓损伤后神经轴突无法再生。而和哺乳动物不同的是斑马鱼脊髓损伤后的轴突可以再生,并且在损伤后6-8周内恢复感觉及运动功能。然而斑马鱼脊髓损伤后并不是所有的轴突都可以再生,这其中的机制尚未明确。本研究拟应用生物信息学方法分析斑马鱼脊髓损伤后有轴突再生的神经元和无轴突再生的神经元之间的差异基因,进而探讨斑马鱼脊髓损伤后轴突再生的关键基因和通路,并为哺乳动物脊髓损伤的治疗提供新的研究方向。【方法】基因芯片GSE56842包含斑马鱼脊髓损伤后有轴突再生的神经元样本和无轴突再生的神经元样本及两种样本中基因的表达情况。在Gene Expression Omnibus(GEO)数据库中应用在线工具GEO2R分析基因芯片GSE56842的差异基因,然后以p<0.05及[logFC]>1为筛选选条件,得到有统计学意义的差异表达基因。下载GSE56842的原始系列数据及平台数据,应用在线工具Morpheus得到该基因芯片差异基因表达的热图。使用在线工具DAVID对差异表达基因进行Gene ontology(GO)条目及Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)信号通路富集分析。用Cytoscape对差异表达基因进行蛋白互作网络分析,并筛选出相关性最高的关键基因及互作模块,对互作模块中的基因进行信号通路富集分析。最后在数据库中进行检索分析差异表达基因及所有生物信息学结果,筛选可能在斑马鱼及哺乳动物脊髓损伤后发挥修复作用的基因及通路。【结果】1.本研究共得到显著差异表达基因636个,其中在轴突再生神经元中上调的差异表达基因为255个,下调差异表达基因为381个。2.差异表达基因的GO条目富集分析结果发现,差异基因主要富集在神经元分化、细胞骨架、线粒体电子传递等条目。其中上调的差异表达基因主要富集于细胞色素氧化酶活性、细胞骨架、线粒体电子传递、离子运输、神经系统发育等相关条目。下调的差异表达基因主要富集在多细胞生物的发育、神经发生的负调节、细胞分化、Notch信号通路、髓鞘形成等相关条目。3.差异表达基因的KEGG信号通路富集结果显示,在脊髓损伤后出现轴突再生的神经元中上调的差异表达基因主要富集在氧化磷酸化、Wnt信号通路、减数分裂、脂肪酸降解等信号通路。下调基因主要富集在氨基酸代谢、氨基酸合成、TGF-β信号通路、Notch信号通路。4.蛋白互作结果显示,互作网络共包含480个节点基因和1976个节点连接。并得到相关性最高的10个节点基因及得分最高的2个互作模块。第一个富集模块中的基因主要富集在焦点黏附、紧密连接、细胞骨架的调节。第二个富集模块中的基因主要富集在细胞因子相互作用、TGF-β信号通路、黑素形成、氧化磷酸化。【结论】本研究应用生物信息学方法分析斑马鱼脊髓损伤后有再生轴突的神经元和无轴突再生神经元之间的差异基因,并且找到一些可能参与斑马鱼和哺乳动物SCI后修复的基因和通路,本研究有助于我们更好地了解斑马鱼SCI后的修复机制,并为哺乳动物脊髓损伤提供新的研究靶点。其中血影蛋白可能具有促进斑马鱼脊髓损伤后轴突再生的作用,并且血影蛋白在哺乳动物SCI后的修复作用也值得进一步研究;而TGF-β信号可能具有抑制斑马鱼SCI后修复的作用。另外局灶粘连或紧密连接可能在斑马鱼脊髓损伤后一些细胞如雪旺细胞或神经祖细胞的迁移和增殖等方面发挥重要的作用。