关键词:
α-地中海贫血
氧化应激
临床异质性
转录组
miRNA
摘要:
目的和意义:地中海贫血(地贫)是人类最常见的单基因遗传病之一。α-地贫发病率高,发病人群基数大,部分患者需要终身输血,且易继发出现并发症,严重影响患者的生活质量,给家庭及社会造成极大的经济负担,针对α-地贫的发病及临床异质性研究具有十分重要的意义。氧化应激水平失调是影响地贫发病临床症状严重程度的重要因素之一,本研究旨在通过RNA及mi RNA转录组测序方法探索与H-CS型α-地贫氧化应激相关的核心基因及mi RNA,为探索α-地贫及其他类型地贫的发生机制,寻找缓解及治疗地贫的有效途径提供依据。
方法:本研究采用高通量RNA转录组测序及mi RNA转录组测序的方法检测H-CS型α-地贫(H-CS组,n=6)和健康对照(N组,n=3)外周血有核红细胞样本转录组的变化,采用GO富集分析、KEGG富集分析等生物信息学分析方法对测序数据进行分析,采用RT-q PCR法对差异表达基因及mi RNA进行验证,探索差异表达基因及mi RNA在H-CS型α-地贫中潜在的功能。在细胞机制实验中,取H-CS型α-地贫患者及健康对照人群新鲜抗凝血,应用流式细胞术及比色法检测两组人群外周血ROS、MDA水平,探索H-CS型α-地贫患者氧化应激水平。以“oxidative”为关键词在“Gene Cards”数据库取得氧化应激相关基因集,与RNA测序所得的差异表达基因集相交集寻找可能的目标的基因,扩大人群样本量应用RT-q PCR的方法进行验证。利用生物信息学技术,预测mi RNA与靶基因的靶向关系,利用双荧光素酶实验对靶向关系进行验证,应用Western blot的方法检测过表达mi RNA后靶基因的蛋白水平;扩大人群样本,提取RNA后应用RT-q PCR的方法验证mi RNA在H-CS型α-地贫患者中的表达水平;在K562细胞中构建过表达与抑制表达mi RNA模型,应用流式细胞术检测ROS的水平,应用RT-q PCR的方法,检测mi RNA、靶基因及氧化应激相关标志性基因的表达水平。
结果:本研究总共筛选出差异表达基因1585个,差异mi RNA 358个。对差异基因联合“Gene Cards”数据库分析,发现8个明显与地贫发生发展相关的基因。GO富集分析显示,差异基因主要富集在细胞核、细胞质和核仁等细胞成分,参与了泛素结合、泛素样蛋白结合等分子功能。KEGG富集分析显示,差异基因主要富集在泛素介导的蛋白质水解、FOXO信号通路等方面。我们对差异显著的5个基因及7个mi RNA进行RT-q PCR临床标本验证,结果与测序数据中的表达变化趋势一致。流式细胞术实验结果显示,与健康对照人群相比,H-CS型α-地贫患者ROS水平上升;比色法实验结果显示,与健康对照人群相比,H-CS型α-地贫患者MDA表达水平较高;生物信息学分析可能参与调控H-CS型α-地贫氧化应激的基因有24个,其中FOXO3可能起重要作用;扩大人群样本量应用RT-q PCR方法验证结果显示,H-CS型α-地贫患者FOXO3基因表达明显增高。mi RNA的靶基因预测数据库预测显示,mi R-132-3P的编码区与FOXO3 3’UTR区域碱基互补;双荧光素酶报告基因实验显示mi R-132-3P和FOXO3基因存在靶向关系;Western blot实验显示mi R-132-3p能抑制FOXO3的蛋白表达;构建氧化应激模型,质粒转染后,RT-q PCR结果显示过表达及抑制mi R-132-3P均成功,FOXO3及CAT、SOD1的m RNA表达水平检验结果显示,过表达mi R-132-3P后,FOXO3及CAT、SOD1的m RNA表达水均下降,抑制mi R-132-3P后,FOXO3及CAT、SOD1的m RNA表达水均上调;流式细胞术结果显示,过表达mi R-132-3P后,K562细胞中ROS水平上升,抑制mi R-132-3P后,K562细胞中ROS水平下降。
结论:我们的研究初步探索了H-CS型α-地贫有核红细胞的转录组变化水平。根据测序分析结果我们推测:FOXO信号通路可能对H-CS型α-地贫的发病及临床表型具有一定的作用。H-CS型α-地贫患者红细胞内氧化应激水平增高,FOXO3的升高可能与H-CS型α-地贫患者氧化应激水平的调节存在一定的关系。mi R-132-3P可能通过mi R-132-3P/FOXO3轴影响氧化应激失调产物ROS以及活性氧清除酶SOD1和CAT的表达。