POCD小鼠海马组织中差异表达miRNA的筛选、靶基因预测和生物信息学分析及其调控机制探讨

作者：张英立; 刘乘麟; 于明懂; 王莹; 胡南; 卢悦淳^*; 吕国义

来源：山东医药, 2021, 61(09): 14-18.

• 认知功能障碍
• 围手术期神经认知障碍
• 术后认知功能障碍
• 微小RNA
• 差异表达微小RNA
• 信使RNA
• 靶基因
• miRNA-mRNA调控网络图

目的采用生物信息学方法分析术后认知功能障碍(POCD)小鼠海马组织中差异表达miRNA(DEMs)及其靶基因(DEGs),并构建POCD小鼠海马组织中差异表达miRNA-mRNA的调控网络图,探讨其机制。方法在GEO数据库中搜索下载POCD小鼠海马组织与正常小鼠海马组织基因表达谱芯片数据GSE95070,采用R软件limma函数包筛选出差异表达的miRNA,即DEMs。将DEMs分别输入到miRTarBase、TargetScan、miRDB数据库中,三个数据库中皆存在的靶基因为差异表达的DEMs靶基因,即DEGs。使用R软件中的ggplot2、enrichplot函数包对DEGs进行了基因本体(GO)功能富集分析和KEGG信号通路分析。通过STRING在线工具构建DEGs蛋白互作网络(PPI),将蛋白间相互作用得分>0.4的节点输入到可视化工具Cytoscape软件中,利用cytoHubba插件筛选出节点度值排名前10的节点,即为可能参与小鼠POCD发生发展的枢纽基因。选取枢纽基因及其相应的DEMs,利用Cytoscape软件构建POCD小鼠海马组织中差异表达miRNA-mRNA调控网络图。结果共筛选出19个显著差异表达的DEMs,得到448个DEGs。GO功能富集分析结果显示,DEGs在DNA结合的转录因子激活活性、特异性RNA聚合酶Ⅱ、微小GTP酶结合等分子功能中显著富集,在树突的形成以及调节、促进神经胶质细胞的增殖等生物学过程中显著富集,在突触膜的有机组成成分、细胞边缘以及囊泡运输等细胞组分中显著富集。KEGG信号通路分析结果显示,DEGs在Cushing综合征相关通路、cGMP-PKG信号通路、Hepatitis C信号通路、Apelin信号通路等通路中显著富集。小鼠POCD发生发展的10个枢纽基因分别为Gsk3β、Igf1、Cd34、Ubxn7、Smad2、Smarca4、Stat1、Grb2、Sin3a、Ncam1,相应的6个DEMs分别为mmu-miR-362-3p、mmu-miR-3065-5p、mmu-miR-592-3p、mmu-miR-28a-3p、mmu-miR-181c-5p、mmu-miR-351-5p,成功构建了POCD小鼠海马组织中差异表达miRNA-mRNA调控网络图,其中mmu-miR-362-3p调控Gsk3β的关系对、mmu-miR-3065-5p调控Igf1的关系对在调控网络中节点度最高。结论与正常小鼠海马组织相比,POCD小鼠海马组织中有19个差异表达的DEMs和448个DEGs;DEGs与树突的形成以及调节等有关,参与介导Cushing综合征相关通路、cGMP-PKG信号通路等。mmu-miR-362-3p、mmu-miR-3065-5p等差异表达的miRNA可能是通过调节Gsk3β、Igf1等靶基因的表达,影响POCD的发生发展。

• 单位
  天津医科大学; 天津医科大学第二医院; 天津市天津医院