基于转录组学的乙肝后肝硬化由实转虚过程中生物物质基础研究

来源 :上海中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lf7891
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研究目的:(1)基于整体观念和辨证论治为特点的中医学理论,检测并分析乙肝后肝硬化(hepatitis B-caused cirrhosis,HBC)患者外周血转录组数据,从miRNA、mRNA两个角度揭示HBC不同证候间的生物物质基础。(2)基于生物分子网络结构及属性,筛选HBC典型证候相关的关键分子标志物并进行分子生物学验证,从生物物质基础与功能机制层面探讨HBC证候由实转虚过程中的演化机制,为证候的内涵、辨证及临床研究提供参考。  研究方法:(1)按照标准流程分别提取外周血血清及淋巴细胞总RNA,并对抽提样品进行质检。采用转录组表达谱芯片进行检测,分别获得外周血血清miRNA表达谱数据及淋巴细胞mRNA表达谱数据。对所获得全部数据进行归一化处理。(2)根据实验获得的miRNA及mRNA表达谱数据,采用R语言软件包,运用随机非变量模型t检验,分类对比、GO类比及通路分析等方法,筛选差异表达基因。(3)依据TarBase、miRecords、miRTarBase数据库,获得miRNA靶基因(targetgene)的实验数据;利用TargetScan、PicTar、RNAhybrid等预测程序,获得miRNA靶基因的预测数据。(4)运用层次聚类、K-means聚类、自组织图聚类、人工神经网络等生物信息学算法,解析现有BioGrid、IntAct、MINT等公用数据库,结合我们的研究基础及现有数据,建立HBC证候演变过程的动态基因表达调控数据库。(5)将获得的HBC证候特征生物物质(miRNA、mRNA)分别映射到各自的动态生物分子网络,统计生物物质在网络中度分布、拓扑系数、聚类系数、中介中心性、接近中心性的动态变化量,利用SPSS19.0统计分析特征生物物质与动态网络变化的相关性(P<0.05),筛选HBC证候演变过程相关的关键分子标志物。(6)对关键分子标志物进行RT-qPCR方法验证。观察miRNA、mRNA表达水平的变化,并应用ROC及AUC分析进行特异性和敏感性评价。  研究结果:(一)HBC证候演变过程的miRNA研究结果。(1) HBC肝胆湿热证组与健康对照组的差异miRNA有16个,肝郁脾虚证组与健康对照组的差异miRNA有5个,肝肾阴虚证组与健康对照组的差异miRNA有7个。在HBC证候由实转虚演变过程中,肝郁脾虚证与肝胆湿热证间的差异miRNA有48个,肝肾阴虚证与肝郁脾虚证间的差异miRNA有16个,其中有6个共表达miRNA全程参与了HBC证候由实转虚的演变过程;(2)生物学功能分析显示:肝胆湿热证的差异miRNA主要涉及有丝分裂细胞周期的间期、程序性细胞死亡调节等,肝郁脾虚证的差异miRNA主要涉及负调控核碱基,核苷,核苷酸和核酸代谢过程等,肝肾阴虚证的差异miRNA主要涉及蛋白质分解代谢过程、基因表达阳性调控等;(3)利用差异miRNA及预测的target gene,分别构建了肝胆湿热证、肝郁脾虚证、肝肾阴虚证相关miRNA-target网络,将三个网络的共表达网络敲除后发现,虚实夹杂证网络结构的鲁棒性最强,提示虚实夹杂证可能是HBC证候演变过程重要的阶段,且这些共表达miRNA对HBC实证及虚证的影响可能更大;(4)对HBC证候演变过程中的miRNA-target网络核心节点进行分析发现,肝胆湿热证、肝郁脾虚证及肝肾阴虚证中分别有18个、8个及7个核心miRNA,其中4个miRNA与肝胆湿热证向肝郁脾虚证演变有关,5个miRNA与肝郁脾虚证肝向肾阴虚证演变有关,且有2个miRNA为三种证候所共有,显示这些核心miRNA很可能直接参与调节HBC由实证发展到虚实夹杂证或由虚实夹杂证发展为虚证的演变过程。(5)对共表达miRNA及核心miRNA进行RT-qPCR验证,结果显示这些miRNA表达水平的动态变化在HBC证候演变过程中可能担当了重要的作用。(二)HBC证候演变过程的mRNA研究结果。(1) HBC肝胆湿热证与健康对照组间有2132个差异mRNA,其中有696条基因表达上调,1436条基因表达下调;肝郁脾虚证与健康对照组间有624个差异mRNA,其中有120条基因表达上调,504条基因表达下调;肝肾阴虚证与健康对照组间有493个差异mRNA,其中有407条基因表达上调,86条基因表达下调。在HBC证候由实转虚过程中,肝胆湿热证与肝郁脾虚证间有383个差异mRNA,其中上调表达有166个,下调表达有217个;肝郁脾虚证与肝肾阴虚证之间有1252个差异mRNA,其中上调基因有1072个,下调基因有180个。显示HBC证候演变过程中不同证候间基因的表达变化较大;(2)生物学功能分析显示:肝胆湿热证上调基因主要涉及的有糖代谢过程、氧化还原等,下调基因主要涉及平移伸长率、细胞大分子复合亚单位组织等。肝郁脾虚证上调基因主要涉及G蛋白信号传导,与cAMP核苷酸第二信使相连等,下调基因主要涉及RNA剪接、酯交换反应等。肝肾阴虚证上调基因主要涉及调节细胞成分大小、辅酶代谢过程等,下调基因主要涉及传播神经冲动、调节神经递质分泌等。(3)利用差异表达基因分别构建HBC证候演变相关的基因表达调控网络,网络结构分析显示实证(肝胆湿热证)网络的整体结构最复杂,虚实夹杂证(肝郁脾虚证)的整体结构最简单。ClusterOne程序分析网络核心节点发现,虚实夹杂证(肝郁脾虚证)核心节点构成的网络较实证和虚证都复杂,这一结果也印证了上述miRNA-target网络分析的结果,显示虚实夹杂证(肝郁脾虚证)可能确实是HBC证候演变过程中一个非常重要的临界点。(4) HBC证候演变过程潜在分子标志物的筛选。分别提取HBC典型证候和健康对照组间的共表达基因以及证候演化过程中的共表达基因,将二者交集后获得13个重要的共表达基因。将这13个共表达基因与HBC证候共表达网络的核心节点进行交集,最终获得4个重要的核心基因,分别为HBP1、XRCC2、KRT71和RABGAP1L;(5)核心基因的RT-qPCR验证结果显示,这些核心基因在评估HBC中医证候的发展趋势中有着重要意义,可作为HBC证候演变过程中非常重要的潜在分子标志物。  结论:通过差异基因的筛选、生物学功能的分析、基因表达调控网络的构建、核心节点筛选及RT-qPCR验证等方法,最终获得了HBC典型证候演变过程中重要的miRNA和mRNA,分别是hsa-miR-17-3p、hsa-miR-410-3p、hsa-miR-495-3p、hsa-miR-149-5p、hsa-miR-27a-3p、hsa-miR-940、hsa-miR-377-3p和HBP1,XRCC2,KRT71和RABGAP1L。这些核心miRNAs/mRNAs表达水平的变化在评估HBC中医证候的发展趋势中有着重要意义。生物网络拓扑结构分析显示,虚实夹杂证是HBC证候由实转虚演变过程中非常重要的临界点,在这一临界点可能会有大量的生物事件爆发式发生。因此,如果能够很好调控好实证向虚实夹杂证演化过程的相关生物事件,不仅可以延缓虚实夹杂证向虚证演化的进程(时间),还可以为HBC治疗提供相关的靶点或信号通路。
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