凋亡相关斑点样蛋白寡聚阻断剂对小鼠脊髓损伤急性期局部基因转录表达影响的转录组分析

摘要

背景:炎症小体在脊髓损伤后发挥重要作用,凋亡相关斑点样蛋白是炎症小体的共同接头蛋白.作者前期的研究表明,一种特异性的凋亡相关斑点样蛋白寡聚阻断剂CRID3,可以通过抑制凋亡相关斑点样蛋白寡聚化而抑制炎症小体的活化和相应细胞因子的产生,进而改善损伤脊髓局部微环境,发挥神经保护作用.但是其在转录水平对损伤脊髓的影响尚未见报道.目的:采用转录组测序技术分析CRID3对小鼠脊髓损伤急性期(8 h)局部基因转录表达的影响.方法:共取雌性8周龄C57BL/6小鼠30只,体质量18-20 g,随机分为假手术组和脊髓损伤组,将脊髓损伤后的小鼠分为模型对照组和给药组,给药组术后腹腔注射CRID3(50 mg/kg),对照组只注射等体积的生理盐水.脊髓损伤后8 h,每组各灌注取材3只小鼠,取脊髓冰冻切片进行苏木精-伊红染色,确定损伤模型是否成功.损伤后8 h每组各取3只小鼠,取脊髓提取纯化总RNA,进行文库制备和转录组测序,用DESeq2软件分析3组模型的差异基因表达.同转录组测序,模型对照组和给药组各取6只小鼠脊髓提取纯化总RNA,采用反转录实时定量PCR方法验证转录组测序结果.用GOseq R软件和KOBAS软件对差异基因分别进行基因本体分析和京都基因与基因组百科全书富集分析;结合文献挖掘与炎症小体相关的信号通路、深入分析CRID3对其相关基因表达的影响;与CRID3作用相关的基因表达蛋白String互作分析.结果 与结论:①苏木精-伊红染色结果表明脊髓损伤模型构建成功;②转录组测序结果分析显示,与假手术组比较,模型对照组有5661个差异表达基因,其中包括3427个上调和2224个下调基因;与模型对照组比较,给药组有2924个差异表达基因,其中包含1409个上调基因和1515个下调基因;③基因本体分析结果表明,差异表达的基因主要富含趋化因子受体结合、G-蛋白偶联受体结合、细胞外-谷氨酸门控离子通道活性、兴奋性胞外配体门控离子通道活性、跨膜转运蛋白活性、酸性磷酸酶活性等;④京都基因与基因组百科全书分析结合文献挖掘表明,与炎症小体相关的信号通路主要包括肿瘤坏死因子、Toll样受体、核因子κB、PI3K-Akt、缺氧诱导因子1、MAPK、NOD-样受体信号通路以及细胞焦亡、白细胞跨内皮迁移、细胞因子与其受体相互作用等;⑤CRID3最敏感的基因包括Asc、Casp4、Cyba、Cybb、F11r、Hif1a、Il18、Il1b、Itgal、Itgam、Itgb2、Jam3、Mmp3、Mmp9、Tlr4等;⑥String蛋白互作分析表明炎症小体组成成分Nlrp1、Nlrp3、Nlrp6、Nlrc4、Aim2、ASC、Csap1和Csap4相互作用密切,并且它们又通过Csap8与白细胞介素1β、白细胞介素18形成完整的链接;此外还有一些重要的节点蛋白,如Actn1、Cxcl5、Cd14、Cyba、Cybb、Fgf2、Hif1a、F11r、Itgal、Itga2b、Itgam、Itgb1、Jam3、Mmp3、Tlr4等被确定;⑦结果表明,脊髓损伤后可以激活大量与炎症小体活化相关的基因表达,这些表达基因形成的信号通路可能是炎症小体活化的原因也可能是其活化的结果;CRID3可以通过抑制炎症小体相关基因的表达直接或间接导致脊髓损伤急性期基因表达抑制,其相关的分子和信号通路主要与炎症反应、局部缺氧、细胞的黏附、迁移、分化、增殖和凋亡有关,提示在脊髓损伤急性期应用CRID3可改善脊髓损伤局部微环境,这些关键的节点分子也可以作为新的治疗干预靶点.