长链非编码RNA XR_595552在OSA模式间歇低氧致心肌细胞损伤中的作用及机制研究

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目的:阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)是一种越发常见的、慢性的、与睡眠相关的呼吸紊乱,并已被确认为是心血管疾病的重要危险因素。通过反复的慢性间歇性低氧,OSA导致诸多心血管并发症,如动脉粥样硬化、高血压,心肌梗死、冠心病和心力衰竭。然而,OSA促进心血管疾病发生发展的具体机制目前还知之甚少。因此,迫切需要对OSA心血管疾病的发生发展机制有更好更新的认识。长链非编码RNA(long noncoding RNAs,lncRNAs)是一类多种多样的非蛋白质编码转录本,在各种生物学过程中发挥着重要作用。这些由lncRNAs调控的生物学过程包括细胞存活、细胞凋亡、细胞自噬、血管生成等。尽管越来越多的lncRNAs被证明参与了诸多心血管疾病的发生发展过程,但很少有研究探讨lncRNAs在OSA致心肌损伤过程中的作用及机制。本研究首次应用LncRNA芯片筛选差异表达的lncRNAs,并确定关键lncRNA XR_595552;探讨关键lncRNA XR_595552在OSA致心肌损伤过程中的作用和相关机制,进而从一个崭新的角度理解和诠释OSA心肌损伤形成过程,为今后OSA心血管疾病诊断和治疗工作提供新方向和新思路。方法:1、OSA模式间歇低氧致大鼠心肌损伤中差异表达lncRNA筛选及生物信息学分析:首先构建OSA模式慢性间歇低氧致心肌损伤SD大鼠模型,使用LncRNA芯片筛选差异表达的lncRNAs和m RNAs,并行GO分析、KEGG分析及CNC分析等生物信息学分析。接着,应用实时定量PCR(qRT-PCR)验证芯片结果的可靠性。最后,筛选出关键性lncRNA XR_595552为本研究目标。2、lncRNA XR_595552调控OSA模式间歇低氧心肌细胞损伤的功能研究:分析lncRNA XR_595552的基因特征及亚细胞定位(FISH实验),qRT-PCR检测其在OSA模式间歇低氧下H9c2心肌细胞中的表达情况,并构建稳定敲低lncRNA XR_595552的慢病毒H9c2心肌细胞稳转株。最后,OSA模式间歇低氧条件下,分别利用MTT和Western blot实验观察沉默lncRNA XR_595552对H9c2心肌细胞的活力、凋亡及自噬等功能的影响。3、lncRNA XR_595552调控OSA模式间歇低氧心肌细胞损伤的机制研究:首先,OSA模式间歇低氧条件下,Western blot实验检测PI3K/AKT通路中关键蛋白的活化水平,并分别应用MTT和Western blot实验观察敲低lncRNA XR_595552同时使用PI3K/AKT通路抑制剂(LY294002)Rescue实验后H9c2心肌细胞的存活、凋亡及自噬情况。同时,生信预测lncRNA XR_595552的靶micro RNA,并行双荧光素酶报告基因验证。最后,OSA模式间歇低氧条件下,qRT-PCR实验检测转染miRNA-3574 inhibitor和miRNA-3574 mimic后H9c2心肌细胞中lncRNA XR_595552的表达水平。结果:1、我们筛选出在OSA诱发心肌损伤过程中心肌组织有差异表达的289条lncRNAs,其中有157条上调的lncRNAs,有132条下调的lncRNAs。上调差异表达中倍数最大是lncRNA XR_595552(关键性lncRNA),其Fold change值为5.1。KEGG分析提示,在差异表达下调基因富集通路中,我们发现“PI3K-AKT signaling pathway-Rattus norvegicus(rat)”明显差异富集。qRT-PCR检测结果与基因芯片结果的趋势一致。2、FISH实验示:lncRNA XR_595552主要分布在细胞质中。qRT-PCR实验示:相比于常氧组,lncRNA XR_595552在OSA模式间歇低氧组表达量明显增加,细胞实验结果与芯片一致,lncRNA XR_595552明显高表达;相比于对照组,lncRNA XR_595552在敲低lncRNA XR_595552组中表达量明显降低,说明敲低lncRNA XR_595552慢病毒稳转组构建成功。MTT实验示:OSA模式间歇低氧条件下,沉默lncRNA XR_595552后H9c2心肌细胞的存活率明显提高。Western blot实验示:OSA模式间歇低氧条件下,沉默lncRNA XR_595552后H9c2心肌细胞的凋亡水平明显降低(抗凋亡蛋白Bcl2显著上调,促凋亡蛋白Bax、Caspase3及Caspase9显著下调),自噬水平也明显降低(p62显著上调,Beclin1显著下调)。3、OSA模式间歇低氧条件下,PI3K/AKT通路中p-PI3K、p-AKT蛋白表达量减少,与生信分析结果一致。同时,沉默lncRNA XR_595552后p-PI3K、p-AKT蛋白表达量明显增加。再者,OSA模式间歇低氧条件下,沉默lncRNA XR_595552同时使用LY294002(PI3K/AKT通路抑制剂)Rescue实验后H9c2心肌细胞的存活率明显提高,凋亡和自噬水平明显降低。紧接着,生信预测和双荧光素酶报告基因检测提示,lncRNA XR_595552可以靶向结合miRNA-3574。最后,OSA模式间歇低氧条件下,转染miRNA-3574 inhibitor后H9c2心肌细胞中lncRNA XR_595552的表达量显著上调;反之,转染miRNA-3574 mimic后H9c2心肌细胞中lncRNA XR_595552的表达量显著下调。结论:1、本研究成功建立了OSA诱发心肌损伤SD大鼠模型。在OSA诱发SD大鼠心肌损伤过程中,lncRNAs表达谱发生了明显差异改变;在所有差异表达上调基因中,关键性lncRNA XR_595552差异最显著;同时,在所有差异表达下调基因富集的通路中,Pathway分析揭示PI3K/AKT通路明显富集,参与OSA诱发心肌损伤过程。我们发现了一个新的关键的lncRNA XR_595552基因,并将其作为后续研究目标。2、lncRNA XR_595552主要定位于细胞质。OSA模式间歇低氧条件下,敲低lncRNA XR_595552会抑制H9c2心肌细胞自噬及凋亡,促进H9c2心肌细胞存活。3、OSA模式间歇低氧条件下,敲低lncRNA XR_595552通过激活PI3K/AKT通路来抑制H9c2心肌细胞自噬及凋亡,促进H9c2心肌细胞存活。同时,lncRNA XR_595552的表达还受到miRNA-3574的负向调控。4、综上所述,我们率先揭示了OSA诱发SD大鼠心肌损伤过程中lncRNAs的表达谱情况,并首次对新发现的关键lncRNA XR_595552基因进行了深入的功能及机制研究,有望成为预防和治疗OSA相关心血管疾病发生发展过程中新的突破点。
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