脊髓損傷后基因表達(dá)和分子調(diào)控的系統(tǒng)研究

蘇國輝

脊髓損傷使脊髓功能臨時(shí)或永久性地發(fā)生變化，對(duì)患者造成嚴(yán)重的生理、社會(huì)和職業(yè)后果。對(duì)脊髓損傷后發(fā)生的一系列生理病理過程的深入了解將有利于脊髓損傷的治療。該研究通過全轉(zhuǎn)錄組測序來分析大鼠脊髓半切損傷后多個(gè)時(shí)間點(diǎn)（0 h, 0.5 h, 3 h, 6 h, 12 h, 1 d,3 d, 7 d, 14 d, 21 d, 28 d）損傷處近端、遠(yuǎn)端脊髓組織，發(fā)現(xiàn)損傷組與假手術(shù)組對(duì)照之間的差異基因。通過IPA(ingenuity pathway analysis)分析獲得這些差異基因所涉及的脊髓損傷后顯著變化的不同類型細(xì)胞（星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞）的生物學(xué)過程（圖1）。通過計(jì)算各類生物學(xué)過程中所包含的差異基因的平均表達(dá)值，獲得這些生物學(xué)過程的動(dòng)態(tài)變化趨勢。構(gòu)建有關(guān)星形膠質(zhì)細(xì)胞激活，小膠質(zhì)細(xì)胞激活，少突膠質(zhì)細(xì)胞分化，血管缺氧、出芽和重塑等脊髓損傷后的關(guān)鍵生物學(xué)過程的基因表達(dá)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并選取這些過程中的關(guān)鍵基因進(jìn)行驗(yàn)證（圖2）。

不同于最近流行的單細(xì)胞測序技術(shù)，該文采用全轉(zhuǎn)錄組測序來研究脊髓組織。脊髓損傷是一個(gè)復(fù)雜的、涉及多方面的病理過程，伴隨著一系列的生理病理及細(xì)胞變化過程。因此，脫離損傷后脊髓組織的整體微環(huán)境，僅通過單一一類細(xì)胞的研究來分析脊髓損傷這一復(fù)雜的過程是艱難且不合適的。對(duì)損傷組織的全轉(zhuǎn)錄組測序有利于對(duì)脊髓損傷后的多細(xì)胞、多系統(tǒng)交叉研究，為脊髓損傷后的復(fù)雜變化提供系統(tǒng)研究。

圖1. 不同類型細(xì)胞脊髓損傷前（a）和損傷后（b）生物學(xué)過程變化的總結(jié)示意圖。

基于他們的研究，可以做如下幾點(diǎn)總結(jié)：①脊髓損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞激活是脊髓損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞的主要活動(dòng)變化，并在損傷后3 d最顯著。涉及星形膠質(zhì)細(xì)胞激活的基因包括MMP9、SERPINE1、IL1B、TLR2和CEBPB，在損傷后表達(dá)上調(diào)。然而SNCA基因在這個(gè)過程中表達(dá)下調(diào)，其表達(dá)可能抑制脊髓損傷后的星形膠質(zhì)細(xì)胞激活。②小膠質(zhì)細(xì)胞在脊髓損傷后3～28 d大量激活，與小膠質(zhì)細(xì)胞激活相關(guān)的基因HMOX1、IL-6、CYBB、ERBB2和TGFB1等表達(dá)上調(diào)。③少突膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡存活、分化發(fā)育等過程在脊髓損傷后1 d急劇下降，其中與少突膠質(zhì)細(xì)胞分化相關(guān)的基因BMP2、HGF、TP53、LINGO1、TNC和VCAN在損傷后表達(dá)發(fā)生變化。④脊髓損傷后各類炎癥細(xì)胞（包括中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等）聚集到損傷處，相關(guān)細(xì)胞因子和趨化因子在損傷后0.5 h上調(diào)。炎癥相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子ATF3、FOS等也表達(dá)上調(diào)。⑤脊髓損傷后血管增生，與血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、增殖、激活密切相關(guān)。損傷后的血管再生經(jīng)歷了缺氧、血管發(fā)芽、重塑等過程，涉及LIF、THBS1、FGF9和RUNX2等關(guān)鍵基因。

圖2. 脊髓損傷后關(guān)鍵基因和生物學(xué)過程的變化。VEC：血管內(nèi)皮細(xì)胞（vascular endothelia cell）。

總的來說，這項(xiàng)研究擴(kuò)展了目前對(duì)脊髓損傷的分子病理認(rèn)知；揭示了脊髓損傷后遠(yuǎn)近端在損傷后不同時(shí)間點(diǎn)的病理過程和微環(huán)境的變化；為脊髓損傷修復(fù)提供基于整合多靶點(diǎn)、多藥物、細(xì)胞相互作用及生物工程技術(shù)的新的研究思路。