脑白质损伤早产儿外周血中长链非编码RNAs的表达分析及功能探究

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研究背景与目的:随着围产医学技术进展,早产儿存活率逐渐增长,但随之而来的是,早产儿脑白质损伤(premature white matter damage,PWMD)的发生也相应增多。由白质损伤造成的慢性神经系统功能障碍仍旧是困扰新生儿科医生的难题。寻找PWMD的早期生物标志物及探索该病的分子机制,将有助于改善PWMD的诊断及治疗策略。长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lnc RNA)在神经系统中表达丰富,并在成人神经系统疾病中发挥调控功能。而关于lnc RNAs在PWMD中扮演了怎样的角色,目前仍知之甚少。因此,本研究分析了PWMD患儿外周血中lnc RNAs的表达特征并探讨了其作为疾病早期标志物的潜力,同时选取了PWMD的关键靶细胞,即少突胶质前体细胞(Oligodendrocyte precursor cells,OPCs)进行体外实验,通过干预lnc RNAs表达水平的方式观测其对OPCs生物学行为的影响,以期为PWMD的临床研究和分子机制提供有效的初步实验理论基础。研究方法:1、收集早产儿生后24小时内外周血样本(伦理批件号:2018ZDKYSB119),根据患儿颅脑MRI结果分为PWMD组和对照组,每组各挑选3个样本进行高通量RNA测序并筛选出差异表达的lnc RNAs,从中随机挑选6条lnc RNAs在大样本中利用q RT-PCR技术验证测序数据可靠性,通过计算每个lnc RNA和m RNA的Pearson相关系数(Pearson Correlation Coefficient,PCC)构建lnc RNA-m RNA共表达网络,并通过对靶m RNAs的功能富集分析对其相关lnc RNAs进行生物信息学分析,同时从PCC、相关度以及差异倍数这三个角度筛选出潜在的关键lnc RNAs。使用△CT值绘制6条候选lnc RNAs以及其组合的ROC曲线,根据曲线下面积(Area Under Curve,AUC)讨论我们所筛选出的lnc RNAs单个或者组合是否有作为PWMD预测或诊断标志物的潜力。2、将上调差异倍数排名前20的lnc RNAs通过在线工具blast同SD大鼠数据库进行序列比对,并得到5条序列相似性高于80%的候选lnc RNAs。建立SD大鼠的PWMD模型并通过q RT-PCR技术分别检测了大鼠脑组织和外周血中的候选lnc RNAs表达,同时也建立了SD大鼠来源OPCs的PWMD模型并检测了候选lnc RNAs的表达。综合两个水平的实验结果,最终筛得名为CSNK1G3-204的目的lnc RNA。构建CSNK1G3-204的过表达慢病毒并在正常OPCs中干扰该基因的表达,来观察其对正常OPCs的增殖、迁移以及分化表型的影响。研究结果:1、RNA测序共检测到11156个lnc RNA,其中362个(3.24%)在PWMD组中有差异表达(倍数变化>1.5,p<0.05),其中有321个表达上调,41个表达下调。随机挑选的6条lnc RNAs的q RT-PCR结果与测序数据中表达趋势一致。生物信息学分析推测差异表达的lnc RNA与神经系统损伤相关;ROC曲线中,所有AUC值均不大于0.7,但是通过6条lnc RNAs组合而得的ROC曲线的AUC接近0.7。2、人血中上调差异倍数排名前20的lnc RNAs中,有5条lnc RNAs在大鼠中具有相似序列,分别为SLC6A6-206、PRKACA-202、CSNK1G3-204、RPS10-204、AL627309.1-205。3、相比于sham组,PWMD组的脑组织中仅有CSNK1G3-204表达显著上调,而该组的外周血中,SLC6A6-206和CSNK1G3-204均为上调。4、细胞实验中仅CSNK1G3-204在OGD组中的上调具有统计学意义。过表达CSNK1G3-204抑制了正常OPCs的增殖、迁移、分化能力。结论:1、与正常早产儿相比,PWMD患儿的外周血中lnc RNAs的表达谱明显改变,差异表达的lnc RNAs与差异表达的m RNAs存在共表达关系,可能通过调控潜在的靶m RNA参与多种生物功能及信号通路,进而影响PWMD的发生发展。lnc RNAs初步显现出作为生物学标志物的潜力并且可能是PWMD发病过程中的关键分子。2、过表达CSNK1G3-204抑制了正常OPCs的增殖、迁移、分化能力,提示CSNK1G3-204可能是PWMD的致病或促进疾病发展的因子,有潜力成为干预的靶点。
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