环状RNA作为急性缺血性脑卒中的生物标记物及其机制研究

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目标:急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke,AIS)是一种常见的急性脑血管疾病,其具有高致残率、高致死率、高复发率等特点,严重危害人类健康,如何有效防治急性缺血性脑卒中是全球亟待解决的科学问题。当前,急性缺血性脑卒中的诊断主要依赖影像学诊断,尚无可靠的血液学生物标志物可用于诊断急性缺血性脑卒中和预测卒中预后。前期研究表明,环状RNA(circular RNA,circRNA)从多方面参与AIS病理进程,且因其所具有的共价连接的闭环结构而在外周血中稳定存在,因此有望作为急性缺血性脑卒中的理想生物标志物。本研究旨在探讨外周循环中与AIS相关的circRNA作为早期诊断生物标志物的应用价值及其对脑卒中预后评估的意义,并进一步挖掘circRNA在卒中病理进程中的调控机制以探讨其作为AIS治疗靶点的潜能。方法:基于circRNA芯片筛选技术寻找在发现队列中与健康对照组相比在AIS血浆中差异表达的circRNAs。应用实时荧光定量聚合酶链反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)技术在验证队列中对所筛选出的circRNA进行验证。并且通过绝对定量q PCR的方法在重复队列中进一步计算出单位体积血浆中这些circRNA的拷贝数。根据计算出的circRNA的拷贝数,绘制AIS诊断的接受者操作特性(receiver operator characteristic curve,ROC)曲线以分析其作为诊断标记物的意义。另外,采用Pearson相关性分析方法对circRNA的表达水平与AIS患者的梗死体积及神经功能缺损评分之间的相关性进行分析。并且在此基础上探讨AIS患者circRNA的表达水平与其预后之间的关系。不仅如此,采用梯度离心方法将血小板、淋巴细胞和粒细胞这三种细胞成分从血液中分离,并检测AIS患者和对照组这三种细胞成分中circRNA的水平以探索circRNA差异表达的根源。随后,采用生物信息学方法对AIS后发生变化的circRNA可能涉及的生物学机制进行预测。基于以上结果,应用q PCR技术进一步检测circCDC14A在短暂性大脑中动脉闭塞(transient middle cerebral artery occlusion,t MCAO)模型小鼠脑梗死周围皮层以及外周血浆中的表达水平;通过原位杂交结合免疫荧光染色探寻circCDC14A在t MCAO小鼠外周血细胞和脑梗死周围皮层的细胞定位。此外,通过氯化三苯基四氮唑(triphenyltetrazolium chloride,TTC)染色检测t MCAO模型小鼠脑梗死体积;通过改良神经功能缺损评分(modified neurological severity score,m NSS)评估t MCAO小鼠的神经功能损伤。最后,采用侧脑室脑微注射与慢病毒转染技术干扰circRNA的表达,分析其对行为学、形态学、分子生物学方面的影响。结果:结合发现队列circRNA芯片筛选以及验证队列q PCR结果发现,circFUNDC1、circPDS5B、circCDC14A在AIS患者血浆中显著增加,且在重复队列中进一步证实了该结果(circFUNDC1:P=0.00014;circPDS5B:P=4.13*10-9;circCDC14A:P=1.86*10-9)。将三条circRNA结合绘制AIS诊断的ROC曲线,其曲线下面积(area under the curve,AUC)为0.875,灵敏度和特异度分别为91%以及71.5%。AIS患者中这三条circRNA的表达水平与梗死体积呈正相关(circFUNDC1:P=0.0345,R2=0.02747;circPDS5B:P=0.04,R2=0.02594;circCDC14A:P=0.006,R2=0.04591),而与神经缺损评分无明显相关性。入院时的circRNAs水平对AIS预后的预测意义有限,但在入院7天之内circRNAs水平的变化率对预测卒中预后具有重要意义(circFUNDC1、circPDS5B、circCDC14A和三条circRNA结合起来的AUC分别为0.884、0.953、0.943和0.960)。AIS患者相对于健康对照组circPDS5B水平在淋巴细胞和粒细胞中均增加(分别为P<0.01和P<0.001),而circCDC14A水平仅在粒细胞中增加(P<0.001)。动物水平实验证实,circCDC14A在t MCAO模型小鼠血浆以及脑梗死周围皮层中表达水平显著升高,且原位杂交实验提示circCDC14A主要定位于外周的中性粒细胞以及梗死周围皮层的星形胶质细胞中,尾静脉注射慢病毒干扰circCDC14A的表达可显著降低t MCAO模型小鼠梗死体积(P<0.01)、神经功能缺损评分(P<0.0001),并提高造模后7天内小鼠的生存率(P<0.001)。尾静脉注射circCDC14A干扰慢病毒的t MCAO小鼠在造模后第3天梗死周围皮层中活化的星形胶质细胞数量显著减少(P<0.0001),且形态学分析发现活化的星形胶质细胞体积及表面积均显著减小(P<0.0001)。结论:外周循环中circRNA所组成的群体(circFUNDC1、circPDS5B和circCDC14A)不仅具有作为AIS诊断生物标志物的潜能,而且有望应用于评估卒中预后。敲低外周血细胞中circCDC14A的表达可通过调控星形胶质细胞的活化减轻缺血性脑损伤,从而成为脑卒中患者的潜在治疗靶点。
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