帶狀皰疹 (herpes zoster, HZ) 是由潛伏在背根神經(jīng)節(jié)、半月神經(jīng)節(jié)或自主神經(jīng)節(jié)中的水痘-帶狀皰疹病毒 (varicella zoster virus, VZV) 在機體疲勞、精神壓力過大、全身性疾病、創(chuàng)傷等危險因素刺激下重新激活導(dǎo)致感覺神經(jīng)受損,并伴有神經(jīng)性疼痛的感染性皮膚病
。據(jù)報道,世界上有15%~30%的人一生中至少會患一次帶狀皰疹
,13.3%~42.2%的帶狀皰疹病人會出現(xiàn)帶狀皰疹后神經(jīng)痛 (postherpetic neuralgia, PHN),表現(xiàn)為典型的神經(jīng)病理性疼痛,且疼痛持續(xù)時間長,可從數(shù)月到數(shù)年,平均持續(xù)時間為3.3 年
。PHN 作為HZ 最常見和最嚴重的合并癥
,往往由于長期的疼痛和伴隨的焦慮、抑郁心理問題,嚴重降低病人的生活質(zhì)量。雖然近些年對PHN 的分子機制研究有了較深的研究,其可能涉及背根神經(jīng)節(jié)炎癥、神經(jīng)炎癥、感覺神經(jīng)根軸突和髓鞘缺失、纖維化和中樞敏化、外周敏化、神經(jīng)去傳導(dǎo),但其具體發(fā)病機制尚未完全闡明,致使臨床上有效或徹底根治PHN 的治療方法較少。因此,探究帶狀皰疹神經(jīng)痛發(fā)生發(fā)展的分子機制,將有利于我們對疾病本身的認識,同時給臨床診治提供指導(dǎo)。
基因測序和生物信息學(xué)分析已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于疾病的分子機制研究。微小RNA (microRNA,miRNA)作為一種內(nèi)源性、低分子量、單鏈結(jié)構(gòu)的非編碼RNA,在人體液中含量豐富,通過結(jié)合轉(zhuǎn)錄mRNA 的特異性靶點而影響下游基因的表達,參與帕金森病、癌癥、炎癥性腸病、心血管疾病、糖尿病等多種疾病的病理生理過程和發(fā)病機制,并在其預(yù)防和治療方面有著重要臨床意義
。有研究表明
,miRNA 在神經(jīng)系統(tǒng)的感覺器官中高度表達,如背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角,且通過調(diào)節(jié)炎癥因子、離子通道和調(diào)控免疫平衡參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展,特別是水痘-帶狀皰疹病毒 (varicella zoster virus, VZV) 編碼的多種miRNA 可能參與調(diào)節(jié)宿主細胞的感染,并與PHN 的發(fā)生過程密切相關(guān)。目前的研究大多關(guān)注于個別miRNA 對mRNA的調(diào)節(jié)作用,且大多數(shù)miRNA 與mRNA 之間的相互作用關(guān)系仍不清楚,特別是miRNAs 介導(dǎo)的帶狀皰疹神經(jīng)痛miRNA-mRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建尚未見有研究報道。因此,有必要構(gòu)建帶狀皰疹神經(jīng)痛miRNA-mRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò),探討miRNA 與mRNA之間在帶狀皰疹神經(jīng)痛方面的相互作用關(guān)系。本研究以miRNAs 為基礎(chǔ),利用生物信息學(xué)方法構(gòu)建miRNA-mRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò),篩選關(guān)鍵的miRNA-mRNA調(diào)控關(guān)系對,探討miRNA 與其靶基因在帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛分子調(diào)控機制中的作用,為靶向治療帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。
采用美國國立生物技術(shù)信息中心(NCBI)的基因表達綜合數(shù)據(jù)庫(GEO 數(shù)據(jù)庫https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)獲取VZV 感染的人神經(jīng)母細胞瘤細胞 (SH-SY5Y) 轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)(GSE141932)。其包含3 例未感染VZV 樣本和6 例感染VZV 樣本的mRNA 表達數(shù)據(jù),其中3 例未感染VZV 樣本納入對照組,6 例感染VZV 樣本納入實驗組,對兩組測序數(shù)據(jù)通過平臺文件轉(zhuǎn)換為標準基因名稱,構(gòu)建mRNA 表達矩陣和歸一化整理。
本文提出基于LabVIEW的模擬調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計。用LabVIEW實現(xiàn)模擬調(diào)制并將各系統(tǒng)進行程序管理,生成適合用戶使用的界面。由于LabVIEW可以用來創(chuàng)建通用的程序,在測試、測量和自動化領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢,它提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比,可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲的自動化測試測量系統(tǒng)。
當馬老師給我描述李之恒家里多窮,他是多么努力,多么有出息的時候,我走神了。如果現(xiàn)在叫我去努力回憶李之恒是個什么樣的人,我眼前浮現(xiàn)的形象卻是我大學(xué)一個室友的模樣。
根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準(AQI)》(GB3095—2012)(環(huán)境保護部,2012)和相關(guān)研究(顧康康等,2018),將 PM2.5日平均濃度<35 μg·m-3、35~75μg·m-3和>75 μg·m-3分別定義為輕度、中度和重度污染濃度水平。同時,將O3-8 h-max(O3最大8 h平均濃度值)按照濃度水平進行分級,也分為輕度、中度和重度3個等級,分別對應(yīng)100~160 μg·m-3、160~200 μg·m-3和>200 μg·m-3(楊書申等,2016)。污染程度劃分等級后,可用于計算不同級別 PM2.5和O3各占季節(jié)總?cè)諗?shù)的比例,其公式為:
在雁北和呂梁山區(qū),人們賦予吃莜面栲栳栳以“牢靠”“和睦”等美好象征。每逢老人壽誕、小孩滿月或逢節(jié)待客,多以此進餐。山區(qū)有些人家婚配嫁娶時,新郎新娘也要吃,意謂夫妻白頭到老。年終歲末時更要吃,以祈全家和睦、人運亨通。栲栳栳的制作方法并不復(fù)雜,但入口卻筋道爽口,有一股濃濃的莜面清香,可沾醬料食用,也可以與其它蔬菜肉類同炒,風(fēng)味獨特。
通過miRNet 在線數(shù)據(jù)庫,共篩選出46 個miRNAs。預(yù)測miRNAs 下游靶基因,并與DEGs取交集得到123 個靶基因,構(gòu)建miRNA-mRNA 可視化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(見圖3)。其中,miRNA-34c 和miRNA-320a 參與IL6R、FOSL1、ALDOA、PAX5、STX1A、LDHA、PLK3、NPAS2等靶基因的表達上調(diào),miR-107、miR-183、miR-98、mir-182、mir-27b 參與PARM1、MAPK4、PBX1、SLIT2、SCHIP1、HOXA5、ACTRT3 等靶基因的表達下調(diào)。
FunRich 軟件提供轉(zhuǎn)錄因子、途徑、生物過程、細胞成分、分子功能和蛋白質(zhì)相互作用等注釋,利用該軟件對miRNA-mRNA 網(wǎng)絡(luò)中的miRNAs 進行上游轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor, TF)預(yù)測和GO 注釋分析,閾值
< 0.05。
利用R 軟件limma_3.46.0 包對構(gòu)建的mRNA表達矩陣整理分析,得到差異表達基因 (differentially expressed genes, DEGs),繪制火山圖并使用pheatmap_1.0.12 包繪制DEGs 熱圖。DEGs 篩選條件:①取mRNA 差異表達變化倍數(shù) (fold change, FC),|log
FC| > 1;②adjusted
< 0.05。
對構(gòu)建miRNA-mRNA 網(wǎng)絡(luò)的靶基因ID 轉(zhuǎn)換后,通過clusterProfiler 包和pathview 包進行GO 和KEGG 通路富集分析,閾值
< 0.05。
雖然MicroRNA 已經(jīng)被證實與PHN 的發(fā)生機制及預(yù)后密切相關(guān),并在PHN 病人的皮膚病變組織和血清中發(fā)現(xiàn)了幾種異常表達的miRNAs
,但目前大多數(shù)miRNAs 與mRNA 的相互作用關(guān)系尚未完全闡明,特別是帶狀皰疹神經(jīng)痛相關(guān)的miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建未見有研究報道,構(gòu)建帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛miRNA-mRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可為深入研究其分子發(fā)病機制提供重要的理論參考和科學(xué)依據(jù)。
共篩選到差異表達基因 (differentially expressed genes, DEGs) 1250 個,其中719 個基因表達上調(diào),531個基因表達下調(diào),繪制火山圖和DEGs的熱圖(見圖1、2),可見對照組和實驗組之間有明顯差異。
miRNet 數(shù)據(jù)庫是一個高質(zhì)量的數(shù)據(jù)預(yù)測平臺(https://www.mirnet.ca),它同時收錄miRTarBase、TarBase、miRanda 等多個數(shù)據(jù)庫信息
。本研究通過miRNet 在線數(shù)據(jù)庫篩選神經(jīng)病理性疼痛、帶狀皰疹后神經(jīng)痛、疼痛、慢性疼痛、慢性炎性疼痛、神經(jīng)炎癥相關(guān)的miRNAs。通過FunRich_3.1.3軟件進行miRNAs 下游靶基因預(yù)測。預(yù)測得到的miRNAs 下游靶基因與DEGs 取交集,獲得miRNA-mRNA 關(guān)系對,并利用Cytoscape_3.8.1 軟件構(gòu)建miRNA-mRNA 可視化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
共得到195 個上游轉(zhuǎn)錄因子,其中前9 個最具有分析意義(見圖4),包括EGR1、ARID3A、NKX2-1、SP1、POU2F1、MEF2A、GATA1、SP4、GFI1。對195個上游轉(zhuǎn)錄因子GO分析發(fā)現(xiàn)(見圖5),其主要富集在核苷酸代謝調(diào)節(jié)、信號傳導(dǎo)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性、泛素特異性蛋白酶活性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合體活性、GTP 酶活性、鳥苷酸交換因子活性等生物功能和分子功能。
靶基因GO 功能分析發(fā)現(xiàn)(見圖6、7),在生物過程方面,主要富集在負趨化作用、嗅球發(fā)育、軸突生成、嗅球中間神經(jīng)元分化、中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元發(fā)育、視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突引導(dǎo)等。在細胞組成方面,主要富集在跨膜轉(zhuǎn)運蛋白復(fù)合體、軸突起始部、突觸前膜的組成、神經(jīng)元映射末端、離子通道復(fù)合體、電壓門控鈉通道復(fù)合物等。在分子功能方面,主要富集在細胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)組成、熱休克蛋白結(jié)合、電壓門控鈉通道活性、轉(zhuǎn)移酶活性、離子通道結(jié)合、轉(zhuǎn)錄輔助因子結(jié)合等。KEGG 分析發(fā)現(xiàn)(見圖8),靶基因主要參與軸突引導(dǎo)、晝夜節(jié)律、神經(jīng)活性配體-受體相互作用等信號通路。本研究發(fā)現(xiàn),靶基因SLIT2、ROBO2、ROBO1 共同參與軸突引導(dǎo)信號通路,其中ROBO2、ROBO1 與miR-183,SLIT2 與miR-27b、miR-429、miR-200c關(guān)系密切。靶基因PER2、NPAS2 共同參與晝夜節(jié)律信號通路,其中PER2 與miR-34c,NPAS2 與miR-320a關(guān)系密切。靶基因F2RL2、GRID2、ADRB2、S1PR1、PTGER4 共同參與神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路,其中F2RL2 與miR-34c,GRID2 與miR-96 和miR-183,ADRB2 與miR-98,S1PR1 與miR-93 和miR-155,PTGER4 與miR-23b 關(guān)系密切。
對于選擇終止妊娠的HIV感染孕婦,應(yīng)給予安全的人工終止妊娠服務(wù),應(yīng)盡早手術(shù),以減少并發(fā)癥的發(fā)生。對于選擇繼續(xù)妊娠的孕婦,應(yīng)給予優(yōu)質(zhì)的孕期保健、產(chǎn)后母乳喂養(yǎng)等問題的咨詢,并采取相應(yīng)的干預(yù)措施。
本研究利用生物信息學(xué)分析方法,對從GEO 數(shù)據(jù)庫獲取的VZV 感染神經(jīng)母細胞瘤細胞 (SH-SY5Y)轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)成功構(gòu)建了miRNA-mRNA 可視化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。對該網(wǎng)絡(luò)進一步分析發(fā)現(xiàn),hsa-mir-34c參與上調(diào)靶基因較多,hsa-mir-98、hsa-mir-221、hsa-mir-93、hsa-mir-183、hsa-mir-107、hsa-mir-182、hsa-mir-27b 參與下調(diào)靶基因較多。
hsa-mir-34c 已被發(fā)現(xiàn)與癌癥、炎癥性腸病等疾病的發(fā)病機制有關(guān),且有研究表明,miR-34c 在大腦中的表達下調(diào)可能參與帕金森氏病的發(fā)病機制
。與急性期帶狀皰疹病人相比,帶狀皰疹后神經(jīng)痛病人血清中miR-34c-5p、miR-107 表達水平明顯升高,特別是miR-107 在調(diào)節(jié)分化神經(jīng)元,維持特定miRNA 穩(wěn)態(tài)中起著重要作用,且miRNA 可能參與神經(jīng)性疼痛有關(guān)的免疫應(yīng)答
。有研究表明
,miR-183-5p 和miR-221-3p 可以通過外泌體輸送調(diào)節(jié)靶基因,促進血管生成。miR-183 的過表達可引起電壓門控鈉通道Na
1.3 和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的下調(diào),進而減輕脊神經(jīng)結(jié)扎(spinal nerve ligation, SNL)誘導(dǎo)的機械性痛覺過敏
。miR-98 可靶向作用于caspase-3,抑制內(nèi)皮細胞凋亡,調(diào)節(jié)Aβ 的產(chǎn)生,進而治療阿爾茨海默病。同時,其可通過抑制Fas和caspase-3,抑制心肌梗死相關(guān)的細胞凋亡
。miR-98 過 表 達 通 過 減 少IL-6、IL-1β、TNF-α 和COX-2 產(chǎn)生,抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng),調(diào)節(jié)HMGA2和STAT3 表達而減輕坐骨神經(jīng)慢性壓迫損傷模型(chronic constriction injury, CCI)大鼠的神經(jīng)病理性疼痛
。miR-182 與SORT1 共同調(diào)控體內(nèi)外血管平滑肌細胞的鈣化,參與肺動脈高壓血管的重塑,miR-27b 通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長因子 C (VEGF-C)的表達促進血管生成和皮膚修復(fù)
。綜上所述,miR-34c、miR-107、miR-183、miR-98、mir-182、mir-27b 在神經(jīng)病理性疼痛方面的部分研究結(jié)果與本研究的分析結(jié)果一致。因此,我們推測調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的mir-221、mir-93 等其他miRNAs 在帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛的發(fā)病機制中可能同樣起著重要作用,特別是miR-183、mir-221、miR-182 和miR-27b 可能與帶狀皰疹神經(jīng)痛相關(guān)的血管病變機制關(guān)系密切。
PHN 是帶狀皰疹病人最常見的并發(fā)癥之一,不少病人要經(jīng)受多年的劇烈疼痛,嚴重的慢性疼痛給社會和個人帶來沉重的負擔(dān),包括經(jīng)濟、社交、日?;顒雍蜕钯|(zhì)量下降,并逐漸成為一個公共衛(wèi)生問題。雖然有研究認為PHN 的發(fā)生與外周敏化、中樞敏化、炎癥和傷害性感受器的異位放電有關(guān)
,但其具體發(fā)病機制尚不清楚,致使臨床上有效或徹底根治這個疾病的治療方法較少。基因和蛋白表達的改變被不少學(xué)者認為是神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展和維持的重要特征
,同時,認識到miRNAs 在基因表達調(diào)控中起著關(guān)鍵作用,可通過抑制疼痛同源靶基因的表達而參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生和發(fā)展
,且miRNAs 已被作為研究多種疾病預(yù)后的潛在標志物。
為了更好地了解靶基因所表達蛋白質(zhì)之間的關(guān)系,使用String (https://string-db.org/) 數(shù)據(jù)庫,在綜合得分≥0.4 條件下建立靶基因蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò),并利用Cytoscape_3.8.1 軟件對蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖進一步調(diào)整,同時利用 “Cytohubba” 插件,通過最大團中心性MCC 算法篩選出前10 位的Hub 基因。
將靶基因通過String 數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出,并經(jīng)Cytoscape 軟件處理得到蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)(見圖9),同時使用Cytohubba 插件,通過最大團中心性MCC算法篩選出前 10 位的Hub 基因,包括HSPA8、PRRT2、SLIT2、ROBO2、SCN2A、PAX5、PBX1、ROBO1、ALDOA、ADAMTS5。
研修班主要特色:主承辦單位高度重視,組織落實到位;以行業(yè)需求為導(dǎo)向,完善課程體系;不斷創(chuàng)新研修機制,優(yōu)化研修環(huán)境;提升研修水平,培育領(lǐng)軍人才。主要成效:聚集創(chuàng)新資源,推廣科研新成果;強化責(zé)任意識,激發(fā)組織新活力;發(fā)揮輻射作用,提升品牌新高度。中國BIM高級研修班多期的成功舉辦促進了行業(yè)知識型、技術(shù)型、創(chuàng)新型高素質(zhì)人才隊伍建設(shè),為產(chǎn)業(yè)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展提供了重要人才支撐,對探索有效的行業(yè)人才培養(yǎng)機制和模式、引領(lǐng)開創(chuàng)人才教育培訓(xùn)新格局起到積極的示范效果。
miRNA 的表達受轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控,miRNA 亦可反過來影響轉(zhuǎn)錄因子的功能,兩者共同參與mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯,是細胞代謝的重要組成部分
。在本研究中,通過FunRich 軟件預(yù)測miRNA-mRNA網(wǎng)絡(luò)中的miRNA 上游轉(zhuǎn)錄因子,得到調(diào)控miRNA有顯著意義的轉(zhuǎn)錄因子EGR-1、SP1、SP4、MEF2A等。EGR-1 參與細胞生長、突觸傳遞和認知活動等不同類型的神經(jīng)元反應(yīng),背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角中的EGR-1 參與神經(jīng)損傷誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛過程,同時,EGR-1 表達受miR-124-3p 調(diào)控
。轉(zhuǎn)錄因子SP4 主要在神經(jīng)元中表達,參與信號傳導(dǎo)和能量產(chǎn)生相關(guān)的生物過程,SP1 參與調(diào)控神經(jīng)性疼痛鈣通道α2δ-1 亞基的表達,誘導(dǎo)機械性痛覺過敏
。轉(zhuǎn)錄因子EGR-1、SP1、SP4、MEF2A可能通過干擾細胞生長、突觸傳遞、細胞凋亡及鈣通道等途徑參與帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛的病理生理過程,同時這些轉(zhuǎn)錄因子也可能成為PHN 的潛在治療靶點。
靶基因GO 和KEGG 富集分析發(fā)現(xiàn),這些靶基因主要富集于軸突生成、中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元發(fā)育、熱休克蛋白結(jié)合、轉(zhuǎn)移酶活性、電壓門控通道活性、轉(zhuǎn)錄輔助因子結(jié)合等生物過程和分子功能,并參與軸突引導(dǎo)、晝夜節(jié)律、神經(jīng)活性配體-受體相互作用等信號通路。Slit2 作為一種分泌蛋白,與其受體 Robo1 結(jié)合,可激活細胞自噬,調(diào)節(jié)細胞分化,參與炎癥過程
。有證據(jù)表明,miRNA 可能參與神經(jīng)病理性疼痛相關(guān)生物鐘基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,miR-183/96/182 在感覺神經(jīng)系統(tǒng)中有重要作用,且miR-182 和miR-96 的表達水平具有明顯的晝夜節(jié)律
。各種慢性疾病伴隨的疼痛都存在晝夜節(jié)律,且神經(jīng)病理性疼痛的晝夜變化節(jié)律有多種機制參與,如μ 阿片受體、β-內(nèi)啡肽和納洛酮之間的日常變化、與疼痛有關(guān)的鈣通道及炎癥調(diào)節(jié)因子
。
本研究構(gòu)建的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)表明,靶基因SLIT2、ROBO2、ROBO1 共同參與軸突引導(dǎo),PER2、NPAS2共同參與晝夜節(jié)律,F(xiàn)2RL2、GRID2、ADRB2、S1PR1、PTGER4 共同參與神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路。鑒于篩選的多種基因參與多種疾病的發(fā)生機制,因此,我們推測這些靶基因可能參與帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛有關(guān)的軸突引導(dǎo)、晝夜節(jié)律、神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路的調(diào)控,特別是篩選得到的Hub 基因SLIT2、ROBO2、ROBO1,它們可能在帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛的軸突引導(dǎo)信號通路機制中有重要作用。
盡管該研究成功構(gòu)建了帶狀皰疹神經(jīng)痛miRNA-mRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò),篩選得到一些關(guān)鍵基因,并發(fā)現(xiàn)了miRNA 和mRNA 是通過多途徑、多靶點參與調(diào)控帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛的發(fā)病機制,但該研究尚有許多不足之處,如缺乏適當?shù)膶嶒瀬磉M一步支持該研究的結(jié)果,我們將在今后的研究中進行有針對性的實驗驗證,以更好地解釋其作用機制。
綜上所述,該研究構(gòu)建的帶狀皰疹神經(jīng)痛miRNA-mRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對闡明帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛的分子發(fā)病機制提供了理論支持,為未來構(gòu)建更有意義的帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛臨床預(yù)測模型,研發(fā)帶狀皰疹相關(guān)神經(jīng)痛的基因靶向藥物提供了新的生物學(xué)標識和重要參考。
利益沖突聲明:作者聲明本文無利益沖突。
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