关键词:
小分子RNA-144/451
β地中海贫血
Nrf2
炎症
南蛇藤
摘要:
β地中海贫血(β-thalassemia,β-thal)是由于β珠蛋白基因突变导致的遗传性疾病。输血、干细胞移植、基因治疗对β地中海贫血患者有较好的疗效,但也存在明显的局限性和并发症。小分子RNA-144(MicroRNA-144,miR-144)和小分子RNA-451(MicroRNA-451,miR-451)是红细胞中表达最丰富的两个小分子RNA(MicroRNA,miRNA),我们的已发表文章表明,miR-144/451保护正常红细胞的发育,发挥着抗氧化、抑凋亡和促分化的作用。然而,miR-144/451是否也保护β地中海贫血的红细胞生成尚不清楚。我们将miR-144/451基因敲除小鼠(mKO小鼠,轻度贫血)与β地中海贫血小鼠(th3+/-小鼠,重度贫血)杂交,以研究敲除miR-144/451是否会加重th3+/-小鼠的贫血。我们意外地发现,mKO/th3+/-双基因突变小鼠的贫血显著改善,主要表现为:红细胞数量、血红蛋白浓度和红细胞压积均增加,红细胞分布宽度和网织红细胞数量均减少,脾脏缩小且脾脏结构相对正常,脾脏和骨髓中的有核红细胞数量减少。为了研究这一改善是否与年龄相关,我们检测了 14-15月龄mKO/th3+/-小鼠的各项指标,结果发现该小鼠的贫血状况仍显著改善。综上所述,我们的研究结果表明,敲除miR-144/451基因可以显著改善th3+/-小鼠的无效造血,进而改善贫血,并且这一改善在不同年龄小鼠中均存在。为了探索mKO/th3+/-小鼠贫血改善的机制,我们分选了贫血改善前后的小鼠骨髓有核红细胞,用于转录组基因芯片分析,基因富集分析(Gene set enrichment analysis,GSEA)结果显示 NF-E2 相关因子(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)信号显著激活。Nrf2是抗氧化反应中关键的调节因子,生物信息学预测网站TargetScan提示Nrf2是miR-144潜在的靶基因,我们课题组前期研究已经证明了它们之间的直接靶向关系。与th3+/-小鼠相比,mKO/th3+/-小鼠的Nrf2 mRNA水平和蛋白水平均升高。我们进一步通过与Nrf2敲除(nKO)小鼠杂交,评估Nrf2失活对mKO/th3+/-小鼠的影响。实验结果显示nKO/mKO/th3+/-三基因突变小鼠的贫血加重,表现为小鼠体积较小,外周血网织红细胞增多,脾脏体积有所增大,脾脏结构趋于紊乱。这些结果表明,敲除miR-144/451后增加的Nrf2在改善mKO/th3+/-小鼠贫血方面发挥了作用。此外,我们构建了 miR-144和miR-451单基因敲除小鼠,并与th3+/-小鼠进行杂交。我们顺利获得了 miR-144 KO/th3+/-小鼠,该小鼠贫血也得到了改善,改善程度稍低于mKO/th3+/-小鼠。但是,我们未能成功杂交出成年的miR-451 KO/th3+/-小鼠,仅获得一只幼年的miR-451 KO/th3+/-小鼠,且状态极差,在1月龄时死亡。我们综合分析mKO/th3+/-、miR-144 KO/th3+/-和 miR-451 KO/th3+/-这三种小鼠的贫血状况,发现在mKO/th3+/-小鼠贫血改善中,miR-144的敲除发挥着主要的保护作用,而miR-45 1的敲除可能加重th3+/-小鼠的贫血。值得注意的是,mKO/th3+/-小鼠的贫血改善优于miR-144 KO/th3+/-小鼠,说明miR-144和miR-451的同时敲除确实发挥着协同作用,在缺乏miR-144的情况下,miR-451的缺失也可能保护/th3+/-小鼠的红细胞。为了寻找除Nrf2之外的可能机制,我们进一步分析转录组芯片数据,发现与th3+/-小鼠相比,mKO/th3+/-小鼠有核红细胞对炎症因子,如肿瘤坏死因子-α(Tumornecrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)和干扰素-α(Interferon-α,IFN-α)等的反应明显减弱。已有文献报道炎症是引起贫血的一个重要因素,因此我们猜测mKO/th3+/-小鼠贫血的改善与炎症反应的减轻相关,于是我们利用蛋白芯片检测了贫血改善前后的两组小鼠外周血血浆中炎症因子的表达水平。蛋白芯片结果显示,贫血改善后的mKO/th3+/-小鼠血浆中有众多炎症因子水平下降,下降最明显的七种炎症因子是 TIMP-2、IL-12p40/p70、TNF-α、IL-6、IL-10、SDF-1、IL-3。为了进一步验证炎症反应减轻是贫血改善的原因而不是结果,我们利用脂多糖(Lipopolysaccharides,LPS)慢性刺激正常小鼠产生炎症后,发现小鼠出现明显的贫血。此外,我们又对