基底膜相关基因在类风湿关节炎不同中医证型中的转录组学分析及药物预测

背景:基底膜基因与类风湿关节炎的发生发展密切相关,但不同中医证型下基底膜相关基因在其发病机制中的作用尚不明确。目的:基底膜基因联合转录组学分析探讨类风湿关节炎5种不同中医证型的发病机制差异,并进行潜在治疗药物预测。方法:基于GEO数据库整理类风湿关节炎相关中医证型芯片数据以及基底膜相关基因,利用R-limma包筛选差异表达基因,Mfuzz包进行表达趋势分析。借助STRING数据库构建PPI网络,UPset筛选关键基因,通过R-clusterProfiler包对差异表达基因进行GSEA及富集分析,同时绘制ROC曲线评估基底膜相关核心靶点对5种证型分别的诊断价值。基于CIBERSORT核心算法计算每种证型的免疫浸润情况。最后,利用SymMap和COREMINE数据库预测可靶向基底膜相关核心基因治疗类风湿关节炎不同证型的潜在中药及小分子药物。结果与结论:①在5种类风湿关节炎中医证型中(风湿痹阻证、寒湿痹阻证、肝肾亏虚证、气血两虚证及血瘀阻络证)分别筛选出67,47,59,57,55个基底膜相关差异表达基因,其中关键靶点分别为5,7,5,3,5个。③各证型中富集最多的为细胞基质黏附、免疫细胞迁移及胶原代谢等生物过程以及细胞外基质受体相互作用、PI3K-Akt、局灶性粘连和Rap1信号通路等。④药物预测结果显示,土茯苓、川乌、绵马贯众及黄精是通过影响基底膜基因治疗5种类风湿关节炎中医证型最具潜力的中药。⑤结果证实,基底膜相关基因的异常表达可能是通过调控细胞附着、免疫细胞迁移及炎症反应等多个途径影响类风湿关节炎的发生和发展,在不同证型中有着差异表现,其中ITGA6可作为5种类风湿关节炎证型中共同的诊断标志物。清热解毒类中药可能是类风湿关节炎不同证型治疗中可以贯穿始终的潜在有效药物。

基于转录组学探究高糖饮食诱导秀丽线虫衰老的分子机制

为了揭示高糖饮食对衰老影响的分子机制,利用转录组学技术探究高糖饮食对秀丽线虫体基因表达谱的影响。结果表明,高糖饮食造成线虫体内4183个基因表达发生显著变化。此外,基因本体论富集分析表明,高糖处理后线虫差异表达基因在衰老、未折叠蛋白反应、压力应激响应、自噬、转移酶活力、催化酶活力、热休克蛋白连接等方面显著富集。京都基因与基因组百科全书富集分析表明,差异表达基因在线虫寿命调节途径、自噬调节、丙酮酸代谢、FOXO信号通路、糖酵解/糖异生、谷胱甘肽代谢、转化生长因子-β信号通路也显著富集。通过对相关差异基因表达进行验证,发现高糖会上调胰岛素信号通路相关基因和糖脂代谢相关基因的表达,下调热应激抗性和抗氧化调控相关基因的表达。本研究结果可为深入阐释高糖饮食对寿命及代谢影响的分子机制提供理论依据。

基于转录组学分析揭示蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)AR1002阻控黄曲霉生长的生理机制研究

黄曲霉(Aspergillus flavus)极易侵染油料等农产品,其次级代谢产物黄曲霉毒素严重危害人体健康,阻控黄曲霉污染已成为亟待解决的国际难题。为探明蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)AR1002抑制黄曲霉生长、阻控黄曲霉污染的生理及分子机制。该研究采用AR1002代谢产物对黄曲霉进行处理,并对黄曲霉生长及产孢表型进行鉴定,通过显微结构及转录组学分析,对AR1002的抑菌机制进行了初探。蜡样芽胞杆菌AR1002代谢物可抑制黄曲霉菌丝生长、干物质积累分别达24.73%,65.00%,减少孢子数量达98.80%;AR1002通过抑制glpA和AYR1等关键基因表达调控黄曲霉甘油磷酸代谢,通过抑制SEC61A、RAD23、ATP13A1、UBE2G2等关键基因的表达调控内质网中蛋白质加工;此外,AR1002代谢产物通过下调RAD51和RAD54B等DNA修复机制相关基因,抑制黄曲霉同源重组及非同源性末端连接过程,最终达到抑制黄曲霉生长及产孢的目的。上述结果表明,蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)AR1002有望应用于实际生产中以应对黄曲霉污染问题。

基于转录组学分析PI3K/AKT通路对冷却滩羊肉贮藏期间肌肉代谢稳态的影响

为揭示磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信号通路在冷却滩羊肉贮藏期间代谢调控中的作用,采用高通量测序技术研究冷却滩羊肉经PI3K抑制剂LY294002注射处理后分别在贮藏期为0、4、8 d时转录组的变化。在对照组和LY294002处理组之间,0、4、8 d时被鉴定为显著差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)数分别为474、96、13。功能富集分析表明,DEGs主要与代谢稳态有关,如氨基酸的生物合成、糖酵解/糖异生、甘油脂类代谢过程。此外,组织切片分析显示,与对照组相比,LY294002组肌纤维间距增加,肌纤维直径显著减小,表明肌肉发生萎缩。结果表明,PI3K/AKT信号通路在维持滩羊肉贮藏过程中代谢平衡方面起着至关重要的作用,反过来又确保了肌肉的正常生长。研究为进一步阐明冷却滩羊肉贮藏中PI3K/AKT信号代谢稳态的分子机制提供了方向。

基于转录组学的牦牛不同部位嫩度差异研究

为比较牦牛肉不同部位嫩度的差异,以及研究嫩度涉及的基因和途径的运输与合成之间的平衡,以牦牛外脊肉(WJR)、肩肉(JR)、黄瓜条(HGT)3个部位为模型,利用Illumina Hiseq 4000高通量转录组测序技术,分析3个部位中的共同高表达基因及显著差异基因。结果显示,JR/HGT/WJR中共同高表达基因为131个,JR/HGT、WJR/HGT和WJR/JR等3组中差异表达基因分别为607、713、295个。通过对3个部位的共同高表达基因聚类分析,初步筛选出11种与嫩度相关候选的基因:肌球蛋白轻链(MYL1、MYL2),肌凝蛋白家族(TPM1、TPM2),编码横纹肌凝蛋白轻链亚基(MYLPF),肌球蛋白重链(MYH1、MYH2、MYH7),肌球蛋白结合蛋白(MYBPC2)、肌结蛋白(MYOT),Cal-sarcin-2基因(MYOZ1)。通过对3个部位差异基因的生物信息学分析,发现6种与嫩度相关的基因:肌凝蛋白β基因(TPM2)、肌凝蛋白γ基因(TPM3),肌球蛋白轻链2(MYL2),肌球蛋白轻链激酶(MYLK3、MYLK4),肌球蛋白重链(MYH6)。最终从3个不同部位中共挖掘出15种影响嫩度的候选基因,这些基因主要通过氧化磷酸化、MAPK信号通路和氮代谢等途径调控嫩度。

基于转录组学和网络药理学探究清眩润目饮治疗干眼的作用机制

目的:基于转录组学和网络药理学探究清眩润目饮(QRY)治疗干眼(DE)的作用机制,并通过干眼动物模型对QRY的药效和关键靶点进行实验验证。方法:运用RNA高通量测序(RNA-seq)技术检测干眼小鼠与正常小鼠的差异表达基因(DEGs),通过数据库筛选QRY有效成分及作用靶点,将二者重叠获取关键靶点后进行GO和KEGG富集分析,构建“药物-成分-靶点-信号通路”网络并分析蛋白质-蛋白质相互作用(PPI);自动物实验开始每7 d对小鼠行Schirmer I试验(SⅠt)、泪膜破裂时间检测(BUT)、角膜荧光染色试验(FL)检查;HE染色观察小鼠角膜组织病理变化;ELISA、Western blot、qRT-PCR验证小鼠角膜组织中核心靶点的蛋白和mRNA表达水平。结果:获得DEGs共2234个、QRY有效成分233个及相关靶点457个,获得关键靶点64个,GO与KEGG分析结果提示QRY与炎症反应密切相关,通过PPI网络筛选出白介素-6(IL-6)等19个核心靶点;QRY组的SⅠt、BUT、FL结果与模型组相比有差异(均P<0.05);HE染色结果示模型组角膜上皮细胞分层紊乱且角膜形态发生改变,QRY组可以改善角膜粗糙及分层紊乱的情况,形态接近空白组;ELISA、Western blot、qRT-PCR结果示QRY组的IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的蛋白和mRNA表达对比模型组都呈现出下降趋势。结论:清眩润目饮通过多成分、多靶点、多通路联合发挥作用,利用槲皮素等主要成分对IL-6、IL-1β、TNF等靶点进行调控,从而抑制AGE-RAGE/TNF/IL-17等信号通路以实现对干眼的治疗作用。

八月札乙醇提取物对人肝癌细胞抑制增殖、促进凋亡及转录组学分析

目的探讨八月札乙醇提取物(ethanol extract of Akebia trifoliate(Thunb.)Koidz,EEATK)对人肝癌细胞增殖、凋亡的影响及可能作用机制。方法体外培养人肝癌细胞(Hep3B和Huh-7),设置空白对照组、索拉菲尼(Sorafenib,5μmol/L)组及EEATK组(0.10、0.15、0.20、0.3 mg/mL),分别给予对应药物干预,采用CCK-8法检测不同分组的药物干预对肝癌细胞活力的影响,筛选最佳作用浓度用于后续实验;采用EdU染色法、克隆形成实验、Annexin V-FITC/PI双染法观察EEATK(0.15 mg/mL)对人肝癌细胞(Hep3B和Huh-7)增殖和凋亡的影响;转录组测序分析EEATK调控Hep3B细胞增殖、凋亡的差异表达基因;使用基因本体论(gene ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)分析差异表达基因的功能及富集通路;并联合比较毒物基因组学(Comparative Toxicogenomics Database,CTD)数据库分析与肝癌增殖、凋亡相关基因,应用qRT-PCR验证关键基因表达情况。结果与空白对照组相比,随着EEATK浓度增加,能够显著抑制Hep3B和Huh-7细胞的活力(P<0.01);0.15 mg/mL的EEATK作用肝癌细胞后,EdU阳性细胞率、细胞克隆形成率均显著降低(均P<0.01),同时细胞凋亡率显著增加(P<0.01);Hep3B细胞转录组测序结果分析显示,与空白对照组相比,EEATK引起1577个基因表达发生显著改变(P<0.01),其中表达上调差异基因942个,表达下调差异基因635个。GO功能富集分析发现差异表达基因主要显著富集于胆固醇合成、炎症、细胞外基质中。KEGG通路分析提示EEATK可能主要通过转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信号通路及核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路发挥抑癌作用。CTD分析及qRT-PCR检测显示EEATK可引起BIRC5、细胞周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinases 1,CDK1)等细胞凋亡相关基因的表达显著下调(P<0.01),周期蛋白抑制因子1A(cyclin dependent kinase inhibitor 1A,CDKN1A)、脯氨酸羟化酶3(egl-9 family hypoxia inducible factor 3,EGLN3)的表达显著上调(P<0.01);同时,可引起FAM83D(family with sequence similarity 83D,FAM83D)、MKI-67等细胞增殖相关基因显著下调(P<0.01),MYC、叉头框蛋白1(forkhead box C1,FOXC1)等表达显著上调(P<0.01)。结论EEATK可抑制细胞增殖并诱导凋亡,通过调节TGF-β及NF-κB信号通路中相关基因的表达而发挥抗肝癌作用。

两种小鼠主动脉夹层模型的转录组学特征比较研究

目的:比较β-氨基丙腈(β-aminoacetonitrile,BAPN)和BAPN联合血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)诱导的两种小鼠主动脉夹层(aortic dissection,AD)模型的转录组学特征。方法:3周龄,雄性,30只C57BL/6J小鼠,随机分为两组:对照组(Ctrl-1)10只,BAPN诱导的AD模型组(BAPN)20只,模型组饲喂含0.4%BAPN的鼠粮3周。8~10周龄小鼠30只随机分为两组:对照组(Ctrl-2)10只,BAPN联合Ang II诱导的AD模型组(BAPN+AngⅡ)20只,模型组给予Ang Ⅱ(1 000 ng·kg^(-1)·min^(-1))持续灌注4周,前2周饲喂含0.15%BAPN的鼠粮。两种模型分别采集主动脉大体图像分析AD形成部位,主动脉切片进行弹力纤维(elastic Verhoeff’s Van Gieson,EVG)染色评估弹力纤维紊乱。主动脉组织进行转录组测序,并对与对照组相比的差异基因进行KEGG Pathway和GO功能富集分析;分析两种模型中共同的差异基因及其功能。结果:BAPN诱导的AD主要发生在胸主动脉,BAPN+AngⅡ诱导的AD主要在腹主动脉,胸主动脉基本都有扩张,部分有夹层,EVG染色显示两种模型主动脉都存在弹力纤维的降解、断裂以及壁内血栓。转录组分析结果显示,两个模型中的上调基因均可富集出炎症、成骨细胞分化和细胞外基质等相关功能条目;2个模型中表达下调基因差异较大,BAPN组主要集中于免疫与脂质代谢方面,而BAPN+AngⅡ组则以平滑肌细胞收缩相关基因富集最为显著。结论:两种AD模型的主动脉瘤和夹层形成部位存在差异,上调基因功能比较相似,下调基因差异较大,两种模型各有特点,可在应用中互补。

基于转录组学探讨复方胃炎合剂治疗慢性萎缩性胃炎癌前病变的作用机制

目的:采用转录组测序(RNA-seq)技术挖掘复方胃炎合剂治疗慢性萎缩性胃炎癌前病变(PLGC)的作用关键靶点,并验证其机制。方法:将21只SPF级Wistar雄性大鼠随机分为空白组(6只)与造模组(15只),采用复合造模法构建PLGC模型,处死3只验证模型成功后,造模组随机分为模型组(n=6)和CGM组(n=6)。CGM组给予复方胃炎合剂原液灌胃,空白组及模型组给予生理盐水灌胃,共灌胃30d。末次给药12h后,取胃组织,进行转录组测序;实时反转录聚合酶链反应(RTPCR)进一步验证CGM对PLGC大鼠胃组织脂肪因子(Adiponectin、Leptin)和炎症因子(TNF-α、IL-6)mRNA表达水平的影响。结果:通过对转录组数据进行分析发现,PLGC与Adipocytokine信号通路、Thyroid hormone信号途径、糖酵解/糖异生途径以及特定类型癌症相关的途径关系异常密切;RT-PCR结果表明模型组与CGM组中的Adiponectin、Leptin、TNF-α和IL-6的mRNA表达水平存在显著差异,并且CGM能显著降低这四种因子的mRNA表达水平(P<0.05或P<0.01)。结论:CGM可通过下调Adiponectin、Leptin、TNF-α和IL-6的mRNA以逆转PLGC相关的病理改变。

桃果实冷害形成过程关键代谢途径的转录组学研究

桃子在低温贮藏过程中易产生冷害(chilling index, CI),严重影响其商品性。为探究桃果实冷害形成过程中各类代谢途径的变化规律,用转录组学技术分析了‘湖景蜜露’桃果实在低温和常温货架期贮藏过程中的转录水平变化。结果表明,在桃果实贮藏过程中共鉴定出125条代谢途径发生变化。通过对其中5条关键代谢途径的分析发现,在桃果实冷害形成过程中伴随着氧化/还原型谷胱甘肽转化途径、蔗糖合成分解途径、果胶降解途径的激活,以及淀粉合成途径、茉莉酸合成和信号转导途径的抑制。这些代谢途径的变化可能涉及桃果实受到低温胁迫的响应机制,该结果为进一步探究桃果实冷害的调控机理提供理论依据。

冷却滩羊肉的转录组学分析

为揭示动物宰后机体糖酵解影响肉质性状差异的分子机理,推进冷却滩羊肉品质变化预报技术研发及加工贮运技术改进,本实验选用盐池滩羊后腿肉为实验对象,采用高通量测序技术分别对贮藏0、4、8d的冷却滩羊肉的转录组进行测序和分析。结果表明:差异表达基因(differential expression genes,DEGs)主要富集于细胞酰胺代谢、ATP代谢、骨骼肌收缩和核糖体中,参与糖酵解、核糖体和p53信号通路代谢,这些DEGs构成了肌肉细胞功能的关键部分。磷酸果糖激酶基因PFKM、甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因GAPDH、磷酸甘油酸变位酶2基因PGAM2、烯醇化酶3基因ENO3和丙酮酸激酶M1/2基因PKM等为滩羊肉糖酵解代谢的核心基因,主要通过影响肌纤维结构、结构蛋白的降解程度、糖酵解酶活性、ATP的产生和复合物活性等改变肉品质。

基于转录组学研究双参宁心胶囊治疗冠状动脉微血管疾病作用机制

目的采用转录组学探讨双参宁心胶囊治疗冠状动脉微血管疾病(CMVD)的潜在作用机制并进行验证。方法30只雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组和双参宁心胶囊组,每组10只。双参宁心胶囊组预先灌胃双参宁心胶囊溶液(90 mg/kg)7 d,假手术组及模型组予生理盐水灌胃,末次给药后2 h左心室注射栓塞微球建立CMVD大鼠模型,假手术组行开胸手术并注射生理盐水。造模后24 h超声检测大鼠心功能[左室收缩期前壁厚度(LVAWs)、左室舒张期前壁厚度、左室收缩期后壁厚度、左室舒张期后壁厚度、左室收缩末期内径(LVIDs)、左室舒张末期内径、左室舒张末期容积、左室收缩末期容积(LVVs)、每搏输出量(SV)、心输出量(CO)、射血分数(EF)、短轴缩短率(FS)],试剂盒检测血清肌酸激酶(CK)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)含量,TTC染色检测心肌梗死面积,HE染色观察心肌组织形态,转录组测序检测假手术组、模型组和双参宁心胶囊组共同差异基因,并对差异基因进行GO和KEGG通路富集分析,RT-PCR验证差异基因mRNA表达。结果与假手术组比较,模型组大鼠LVAWs、SV、CO、EF、FS显著降低,LVIDs、LVVs显著升高(P<0.05,P<0.01),血清CK、CK-MB、LDH含量显著升高(P<0.05,P<0.01),心肌梗死面积增加,心肌细胞排列杂乱,炎性细胞浸润明显;与模型组比较,双参宁心胶囊组大鼠LVIDs、LVVs显著降低,LVAWd、LVPWs、EF、FS显著升高(P<0.01),血清CK、CK-MB、LDH含量显著降低(P<0.05,P<0.01),心肌梗死面积显著减小(P<0.01),心肌细胞排列较整齐,炎性细胞浸润减轻。转录组测序结果显示,假手术组、模型组和双参宁心胶囊组共同差异基因287个,主要富集在趋化因子信号通路、JAK-STAT信号通路、肌动蛋白细胞骨架的调控、心肌细胞肾上腺素能信号传导、PPAR信号通路、NOD样受体信号通路等。RT-PCR验证结果显示,双参宁心胶囊可明显下调模型大鼠心肌组织JAK2、STAT1、CXCL10、CXCL13、CCR1 mRNA表达(P<0.05,P<0.01)。结论双参宁心胶囊可明显改善CMVD大鼠心功能,减小心肌梗死面积,可能通过抑制JAK-STAT信号通路JAK2、STAT1表达,降低趋化因子及其受体(CXCL10、CXCL13、CCR1)表达,减少炎症细胞募集,发挥抗炎作用。

基于转录组学探讨益肾清利活血方对马兜铃酸Ⅰ诱导肾损伤的作用机制

目的:益肾清利活血方是邹燕勤国医大师以“肾虚湿瘀”为基本病机的临床验方,本研究旨在通过动物实验与转录组测序分析探讨其作用机制与靶点。方法:48只雄性C57BL/6小鼠随机分为正常对照组、模型组、低剂量组和高剂量组,每组各12只。除正常对照组外,其余各组小鼠均腹腔注射马兜铃酸Ⅰ(AAⅠ)0.1 mL[5 mg/(kg·3d),AAⅠ溶解在0.5%羧甲基纤维素钠中]造模,低剂量组灌胃给予益肾清利活血方冻干粉11 g/(kg·d),高剂量组给予益肾清利活血方冻干粉22 g/(kg·d),正常对照组和模型组每天灌胃0.3 mL含0.5%羧甲基纤维素钠的PBS溶液,均灌胃30 d。实验结束后留取小鼠血尿和双侧肾脏,测定小鼠血肌酐、尿酸、尿蛋白的水平,进行HE、Masson肾组织染色。正常对照组、模型组和低剂量组各取4只肾脏,通过转录组谱分析其作用机制与靶点,最后通过qPCR对核心靶点进行验证。结果:益肾清利活血方各剂量组可以降低AAⅠ小鼠的尿酸、尿蛋白、血肌酐水平;病理染色结果显示,AAⅠ诱导小鼠存在大量的炎症细胞的浸润,胶原沉积增多,经益肾清利活血方干预后有明显改善作用。转录组学分析结果显示,模型组与低剂量组分析得到的368个差异基因,功能富集分析发现与炎症密切相关,KEGG富集分析显示其主要参与PPAR、谷胱甘肽代谢、脂肪酸降解、IL-17等信号通路,枢纽基因为Ppara、Fabp1、Apoa2、Acox1和Hspa5等37个,qPCR法验证前8个核心基因显示各组之间有统计学差异。结论:益肾清利活血方可以保护肾功能,降低肾脏组织中炎症和胶原沉积,转录组分析发现其与脂肪酸代谢、铁死亡、IL-17信号通路等密切相关。

基于转录组学和蛋白质组学研究银杏黄酮苷元减轻多柔比星心脏毒性的作用机制

目的基于转录组学和蛋白质组学研究银杏黄酮苷元(GA)降低多柔比星(DOX)心脏毒性的作用机制。方法将36只小鼠随机分为对照组(CON组,隔天尾静脉注射等体积生理盐水+每天灌胃等体积生理盐水)、DOX组(隔天尾静脉注射3 mg/kg DOX)和GDOX组(每天灌胃100 mg/kg GA+隔天尾静脉注射3 mg/kg DOX),每组12只,连续给药/生理盐水15 d。收集小鼠心脏组织进行RNA-Seq转录组学测序和4D-Label-free定量蛋白质组学分析,筛选差异表达基因和蛋白并对其进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析。测定小鼠心脏组织中爱帕琳肽(Apelin)、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和蛋白激酶B(Akt)的mRNA和蛋白表达水平及PI3K、Akt蛋白的磷酸化水平进行验证。将H9c2心肌细胞分为对照组(CON组)、DOX组(2μmol/L)和GDOX组(2μg/mL GA+2μmol/L DOX),测定细胞存活率及细胞中糖酵解关键物质水平。结果筛选得到6条转录组学与蛋白质组学的共同通路,包括Apelin信号通路、PI3K-Akt信号通路、胰岛素抵抗等;其中以Apelin、PI3K-Akt信号通路中富集到的基因数目最多。靶点验证实验结果显示,与CON组比较,DOX组小鼠心脏组织中Apelin、PI3K和Akt的mRNA相对表达量和蛋白表达水平,以及PI3K、Akt蛋白的磷酸化水平均显著降低(P<0.05或P<0.01);与DOX组比较,GDOX组小鼠心脏组织中Apelin、PI3K和Akt的mRNA相对表达量及PI3K、Akt蛋白的磷酸化水平均显著升高(P<0.05或P<0.01)。细胞实验表明,与CON组比较,DOX组细胞存活率显著降低(P<0.05),细胞中葡萄糖相对摄取量以及丙酮酸、乳酸的相对生成量均显著增加(P<0.05),ATP相对生成量显著减少(P<0.05);与DOX组比较,GDOX组细胞存活率显著升高(P<0.05),细胞中丙酮酸、乳酸的相对生成量均显著减少(P<0.05)。结论GA可能是通过上调心脏组织中Apelin、PI3K和Akt的mRNA及其蛋白表达,调控糖酵解过程,进而改善DOX引起的心脏毒性作用。

转录组学联合网络药理学探究高血压通过cGMP/PKG信号通路诱导勃起功能障碍的机制

目的:运用转录组学与网络药理学探讨高血压诱导勃起功能障碍(ED)的作用机制。方法:将自发性高血压大鼠随机分为模型组和L-精氨酸组(LA组),Wistar Kyoto大鼠为对照组。对照组和模型组大鼠腹腔注射400 mg/kg 9 g/L生理盐水。LA组大鼠腹腔注射400 mg/kg L-精氨酸,每天一次,连续7 d。然后评估所有大鼠的血压和勃起情况。使用ELISA、Western印迹和RT-qPCR评估通路蛋白和mRNA的表达。结果:转录组学联合网络药理学发现,cGMP/PKG信号通路是高血压诱导ED发生的关键信号通路,动物体内实验中,模型组的勃起次数明显低于对照组(P<0.05),Western印迹和RT-qPCR显示,模型组eNOS和PKG蛋白水平低于对照组;模型组sGC蛋白水平显著低于对照组(P<0.05);LA组eNOS、sGC和PKG蛋白水平高于模型组(P<0.05)。结论:高血压抑制了cGMP/PKG信号通路,降低了eNOS、NO、sGC、cGMP和PKG蛋白的表达以及睾酮水平,从而抑制了阴茎血管平滑肌松弛,降低了勃起功能。

基于转录组学探究除虫脲暴露对鲤肝脏基因表达的影响

除虫脲(diflubenzuron,DFB)是一种常用的杀虫剂,其代谢物残留会威胁水生动物及人体健康。为探究水产动物响应DFB胁迫的分子机制,本研究以鲤(Cyprinus carpio)为对象,选定0.1 mg/L和1.0 mg/L的药浴浓度对鲤进行15 d暴露实验。采用RNA-Seq技术对肝脏开展转录组测序,以Padj<0.05和|log2Fold Change|≥1为标准筛选差异表达基因(DEGs)进行GO功能注释和KEGG富集分析等生物信息学分析。结果显示,0.1 mg/L暴露浓度下有2406个DEGs发生显著变化,1.0mg/L暴露浓度下有2688个DEGs发生显著变化,2组共表达的DEGs有821个。GO分析结果显示,DFB暴露组DEGs富集在生物过程、细胞组成和分子功能上。KEGG富集分析显示,低浓度DFB暴露组DEGs显著富集到异生物质的生物降解和代谢、脂质代谢、碳水化合物代谢、氨基酸代谢、信号分子与相互作用、内分泌系统、免疫系统等代谢通路;高浓度DFB暴露组DEGs除了富集到上述代谢通路外,还显著富集到折叠、分类和降解、运输和分解代谢等代谢通路。结果表明,DFB暴露对鲤造成异生物质的生物降解和代谢、脂质代谢、碳水化合物代谢、氨基酸代谢紊乱,并产生内质网应激、炎症反应和免疫毒性。本研究从转录层面上解析了DFB暴露对鲤毒性作用的分子机制,为DFB在水产领域的限量标准制定和环境安全评价提供基础数据。

心肌梗死后心肌纤维化小鼠心肌线粒体功能和能量代谢重塑相关性的转录组学分析

目的探究心肌梗死小鼠心肌纤维化过程中线粒体呼吸功能的变化,阐述其与糖酵解通量增加的相关性。方法选取40只C57BL/6N小鼠,随机分为实验组(心肌梗死组)和对照组(假手术组),20只/组。实验组采用结扎冠状动脉左前降支的方法构建小鼠心肌梗死模型,对照组除不对左前降支进行结扎外,其他操作均与实验组相同。选取心肌梗死后28d和假手术组小鼠各5只进行安乐死取材,取左心室组织样本进行转录组学测序,采用FPKM法计算基因表达量,寻找差异表达基因。并通过GO和KEGG数据库对差异基因进行富集分析,寻找影响疾病进程的相关通路。通过绘制热图,展示富集分析中显示的通路和相关基因的表达差异,并对体外培养的小鼠原代CFs通过促纤维化激动剂TGF-β1或溶剂对照干预,通过Seahorse实验检测其线粒体呼吸和糖酵解水平。结果通过心脏大体图和心脏超声验证心梗模型构建成功,心肌梗死组舒张期左心室内径增加(P<0.05),收缩期左心室内径增加更为显著(P<0.001),左心室射血分数明显下降,差异有统计学意义(P<0.0001)。与假手术组相比,心肌梗死组上调基因124个,下调基因106个。GO和KEGG富集分析显示差异表达基因显著富集在脂肪酸代谢、细胞器等代谢通路和线粒体中。基因表达热图显示脂肪酸β氧化和线粒体功能障碍,相反糖酵解水平增加。Seahorse实验中,与溶剂对照组(Vehicle组)相比,TGF-β1干预组心肌成纤维细胞基础和最大呼吸水平明显降低,基础和最大糖酵解水平升高,差异均有统计学意义(P<0.0001)。结论在心肌纤维化过程中,心肌成纤维细胞能量代谢重塑,线粒体功能下降,相反更倾向于通过糖酵解产生能量。

基于转录组学分析T-2毒素诱导细胞凋亡作用机制

T-2毒素是一种强毒性单端孢霉烯族毒素,具有多器官效应毒性。为了解T-2毒素对不同细胞系毒性的影响及作用机制,作者分析了T-2毒素暴露对4种细胞系氧化应激、Ca^(2+)水平和凋亡的影响,采用细胞转录组学等技术分析了T-2毒素作用于敏感细胞的关键基因和信号通路。结果表明,相同诱导剂量下,BV2小胶质细胞和HepG2肝癌细胞对T-2毒素敏感,细胞内活性氧(ROS)和Ca^(2+)水平显著升高(P<0.05),细胞凋亡程度高。转录组学和逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)结果显示,T-2毒素可通过MAPK/AP-1、TNF-NF-κB信号通路并上调AP-1、白细胞介素-6(IL-6)等因子水平引起BV2细胞炎症反应。而与氧化应激和凋亡相关的PI3K/AKT、PERK/P53/Casp3信号通路,通过下调Akt、SIRT1等促凋亡因子并上调超氧化物歧化酶促进了HepG2细胞的凋亡。T-2毒素分别通过促炎和氧化应激相关信号通路诱导BV2细胞和HepG2细胞凋亡,说明T-2毒素可通过不同的分子机制对不同器官产生特异性毒性效应。

基于转录组学揭示腐殖酸影响纳米三氧化二铬对小球藻的毒性机制

纳米材料(MNPs)暴露于天然水体中会与溶解性有机物(DOM)相互作用,影响其生物效应,但对于DOM作用下MNPs毒性机制的研究还不充分。分析了不同DOM对纳米三氧化二铬(nCr_(2)O_(3))胁迫条件下小球藻生长生理影响,同时基于转录组学揭示了腐殖酸(HA)和nCr_(2)O_(3)共暴露条件下对小球藻的毒性作用机理。结果表明,加入HA后,小球藻的细胞密度和光合色素含量均显著提高,这在一定程度上缓解了nCr_(2)O_(3)对藻细胞的光合活性的影响。同时,海藻酸(AA)在长期作用下加重了nCr_(2)O_(3)对小球藻的毒性效应,而牛血清蛋白(BSA)对藻细胞密度和光合活性并未产生显著的影响。在1-10mg·L^(-1)范围内,HA对nCr_(2)O_(3)的毒性缓解作用与HA浓度呈正相关,且随着培养时间的增加,HA对nCr_(2)O_(3)的毒性缓解作用更加明显。相应的,低浓度的HA就可显著减轻由n Cr_(2)O_(3)所引起藻细胞内的氧化应激,减少活性氧(ROS)的累积。通过细胞结构观察,HA可以减轻由内化的nCr_(2)O_(3)对叶绿体造成的细胞器损伤,减少细胞空泡化,同时形成具有解毒功能的电子致密颗粒。转录组结果显示,加入HA使DNA复制相关基因表达上调,以及通过影响藻细胞碳水化物代谢和脂质代谢过程来缓解nCr_(2)O_(3)的毒性作用。因此,HA通过与nCr_(2)O_(3)相互作用,诱导小球藻内相关基因表达水平的变化来缓解nCr_(2)O_(3)的毒性效应。该研究从分子层面对进一步明确纳米颗粒在实际水体中的生物效应及控制策略提供理论依据。

基于转录组学测序探讨西洋参、丹参配伍对心肌梗死后大鼠心肌缺血的影响

目的:运用转录组学测序探讨西洋参、丹参治疗心肌梗死后心肌缺血的作用靶点。方法:通过结扎左冠状动脉前降支构建心肌梗死大鼠模型。将造模成功的大鼠随机分为模型组(MOD组,等量蒸馏水)、西洋参+丹参低剂量组[XD-L组,西洋参1.5 g/(kg·d)+丹参4.5 g/(kg·d)]、西洋参+丹参高剂量组[XD-H组,西洋参3 g/(kg·d)+丹参9 g/(kg·d)]、ACEI组[培哚普利0.84 mg/(kg·d)];并以假手术大鼠作为对照组(CON组,等量蒸馏水),每组6只,连续灌胃4周。采用超声心动图测定大鼠心功能;苏木精-伊红(HE)染色观察大鼠心肌组织病理改变。采用转录组学测序筛选西洋参、丹参治疗心肌梗死后缺血区的差异表达基因(DEGs),并对DEGs进行基因本体(GO)、京都基因和基因组百科全书(KEGG)富集分析。结果:西洋参、丹参可改善心肌梗死后大鼠心功能,减轻心肌组织病理损伤。转录组学测序结果表明,与CON组比较,MOD组大鼠12个基因上调,13个基因下调。西洋参、丹参回调了MOD组的6个基因。DEGs主要富集在三羧酸(TCA)循环、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)等信号通路;与免疫炎症反应、细胞凋亡、血管新生等有关。结论:西洋参、丹参可能通过上调Wnt4表达,抑制细胞凋亡和炎症反应,从而改善心肌梗死后大鼠心功能。