microRNA-204调控惊厥性脑损伤的机制研究

【摘要】惊厥是婴幼儿期最常见的急危重症,惊厥持续发作可产生严重神经系统后遗症,影响患儿智力发育和身心健康,甚至危及患儿生命。小儿惊厥的发病率很高,约5-6%的小儿曾有过一次或多次惊厥发作史,早产儿甚至高达22.7%～25%。若惊厥发作频繁或持续时间较长,约有15%～30%患儿将最终转变为癫痫。发育期惊厥能够抑制大脑的生长发育,改变神经环路,提高神经元兴奋性,加重大脑损伤,导致视觉能、空间能、学习记忆和情感障碍,若不及时干预,将严重危害到患儿的生命及远期生活质量,给家庭与社会带来沉重负担。就我国人口众多这一国情来说,所面临床的困难较其他国家更为严峻。因此,探索发育期惊厥的发生发展机制及开发新抗惊厥药物成了我们目前迫切需要解决的医学难题。本研究以发育期反复惊厥大鼠为模型,开展惊厥发病机制的相关研究。三氟乙醚吸入致惊是经典的发育期惊厥模型。在先前的实验中,本研究应用TaqManMicroRNAArrays对发育期反复惊厥后大鼠海马内niRNAs表达谱进行检测,在766种已知miRNA中筛选出惊厥后大鼠海马内具有表达差异的miRNA,结果发现,与正常对照组比较,发育期反复惊厥后大鼠海马内有20个已知miRNAs表达下调0.5倍以上,9个niRNAs表达明显上调2倍以上。其中miR-204在海马表达丰富,在反复惊厥后24h表达显著上调至正常组的7倍左右。因此,本实验将进一步观察miR-34b-5p、-204、-582-3p、-672在大鼠海马及大脑皮质间的差异性表达,同时选取miR-204做为研究对象,更深入探索其在惊厥性脑损伤中的作用及相关机制。第一部分反复惊厥性脑损伤后脑组织内特异性miRNAs表达的改变实验目的：探索发育期反复惊厥后大鼠海马及大脑皮质内特异性miRNAs的表达变化及可能机制。实验方法：1)21日龄SD大鼠70只,将实验仔鼠随机分为2大组,即对照组及惊厥组,每组又随机分为5个时间点,每时间点各6只大鼠。其中惊厥组通过三氟乙醚反复吸入(每天1次,连续6天)制作发育期反复惊厥动物模型,而对照组则经历相同步骤,但不吸入三氟乙醚,最终入组大鼠60只。各组大鼠分别于末次惊厥后2h、6h、24h、72h及7d断头取脑,分离海马及大脑皮质组织。2)分离组织后,提取各时间点海马及大脑皮质组织总RNA,随后进行miR-34b-5p、miR-204、miR-582-3p、miR-672的逆转录,实时定量PCR检测两组织中四种miRNAs的表达。3)体外应用海人酸(100μmol/l)干预体外培养的PC12神经元样细胞,实时定量PCR检测干预后Oh及24h时细胞内miR-204的表达。4)应用公共靶基因预测软件starBase(http://starbase.sysu.edu.cn/starbasevl/clipSeqIntersection.php)对在脑组织中具有丰富表达的miR-204靶基因进行预测,进一步筛选出参与惊厥性脑损伤过程的靶基因。实验结果：海马及大脑皮质内miR-34b-5p及miR-204在末次惊厥后2h均开始表达上调(p<0.05),6h时海马及皮质内miR-34b-5p的表达较2h时下调(p<0.05),但仍明显高于正常对照组(p<0.05),而miR-204仅在海马内表达较2h时下降,6h后皮质内的miR-204表达较2h升高。海马及大脑皮质内miR-34b-5p及miR-204的表达均在末次惊厥后24h均达顶峰,随后逐渐下降,72h恢复正常,7d时海马内miR-204的表达,大脑皮质内miR-34b-5p及miR-204的表达均较对照组显著下调(p<0.05),而海马内的miR-34b-5p的表达则呈上调趋势。不同的是,末次惊厥后不同时间点miR-582-3p及miR-672在海马内的表达均呈下降趋势,而在大脑皮质内的表达均上调,在24h时达到高峰(p<0.05),随后逐渐下降,至7d时达正常水平,与对照组相比无明显差异(p>0.05)。不仅如此,我们还发现,反复惊厥后海马及大脑皮质内miR-34b-5p及miR-204的表达在不同时间点具有高度相关性,而miR-582-3p及miR-672在不同部位的相关性并不明显。因此可以推测,miRNAs在惊厥性脑损伤中的表达具有组织差异性。为了进一步探索特异性miRNA调控发育期惊厥性脑损伤的具体机制,本实验选取了在大鼠海马内具有丰富表达的miR-204作为研究目标。结果发现,miR-204在海人酸干预后的PC12神经元样细胞的表达较对照组显著上调(p<0.05)。进而我们选用starBase对三种靶基因预测软件(Targetscan、PITA和PicTar)结果进行综合分析。为了降低假阳性率,选择同时出现在三种预测软件中的靶基因,并进一步筛选出参与了发育期惊厥性脑损伤过程的靶mRNAs。结果发现,在信息沉默因子1(SIRT1)的3’-UTR可能存在与miR-204的结合位点,而前者是一种NAD依赖性的去乙酰化酶,广泛参与了脑损伤后神经细胞凋亡及突触可塑性的调控过程。因此,我们推测SIRT1可能是miR-204调控发育期惊厥性脑损伤的靶位点之一。结论：1)大鼠海马及大脑皮质内niR-34b-5p、miR-204、miR-582-3p及miR-672的表达在发育期惊厥后均发生了改变,且具有组织相关性,从体外水平验证miRNAs参与了惊厥性脑损伤过程。2)SIRT1可能是miR-204调控惊厥性脑损伤过程的靶基因之一。第二部分惊厥性脑损伤后大鼠神经元凋亡及突触可塑性的变化实验目的：从体内及体外水平探索惊厥后神经元凋亡及神经元突触可塑性的改变,以及SIRT1参与惊厥后性脑损伤的调控机制。实验步骤：1)如前述,制作发育期反复惊厥大鼠模型,在末次惊厥后2h、6h、24h、72h及7d断头取脑,分离海马组织；2)提取各时间点对照组及惊厥组的总蛋白及RNA,应用Westernblot检测各实验组大鼠海马GAP-43及p53的蛋白表达,qRT-PCR及Westernblot检测各实验组大鼠SIRT1mRNA及蛋白含量；3)应用TUNEL法检测惊厥后2h、6h、24h、72h及7d大鼠海马神经元的凋亡；4)体外培养PC12神经元样细胞,应用海人酸(100μmo1/l)干预模拟体外惊厥模型,24小时后收集细胞,应用Westernblot分别检测干预后Oh及24h细胞内GAP-43、SIRT1及p53的蛋白含量；5)应用TUNEL法检测不同浓度(0、50、100、250μmol/l)海人酸干预后PC12神经元样细胞的凋亡。实验结果：1)与对照组相比,海马内SIRT1的蛋白水平在惊厥后2h明显下降(p<0.05),至6h时进一步下调(p<0.05),72h时达最低值(p<0.05),7d时逐渐恢复正常(p<0.05)；与之相反,惊厥后2h海马内p53的表达较对照组明显上调(p<0.05),至6h时进一步上升(p<0.05),24h达顶峰(p<0.05),72h时维持高水平表达,与24h比较并无统计学意义(p>0.05),至7d时逐渐恢复正常,但仍显著高于正常组(p<0.05)；而GAP-43在末次惊厥后6h表达开始下调(p<0.05),至72h时达最低值(p<0.05),7d时逐渐恢复正常,而在惊厥后2h与对照组相比并无显著差异(p>0.05)。2)惊厥后2h,海马内神经元凋亡较对照组显著增多,6h进一步增加,至72h时达顶峰,7d时逐渐下降,各实验组与对照组比较差异均具有统计学意义(p<0.05)。3)海人酸干预24h后PC12神经元样细胞内SIRT1、GAP-43的蛋白水平均较Oh时显著下调,而p53的蛋白水平则显著升高(p<0.05)。4)不同浓度海人酸干预后PC12神经元样细胞均发生了凋亡,且呈剂量依赖性,在250μmol/l时凋亡最显著,各剂量组之间差异均具有统计学意义(p<0.05)。结论：本实验从体内及体外实验证实,惊厥性脑损伤在诱发神经元凋亡的同时,还抑制了神经元突触的生长与延伸。不仅如此,惊厥性脑损伤还显著抑制了SIRT1的表达,其机制可能与其下游因子p53发生去乙酰化有关,通过上调凋亡相关因子p53的表达,加速细胞的凋亡。第三部分miR-204通过SIRT1调控发育期惊厥性脑损伤的机制实验目的：从生物学水平验证SIRT1是miR-204参与惊厥性脑损伤调控的靶点以及其相关机制。实验步骤：1)体外化学合成miR-204mimics、inhibitors及相应的阴性对照；2)如前所述,原代培养PC12神经元样细胞,将细胞随机分为5组：即正常对照组,miR-204mimics干预组、miR-204mimics阴性对照组、miR-204inhibitors干预组及miR-204inhibitors阴性对照组；3)应用瞬时转染体外制作miR-204过表达及低表达模型,实时定量PCR检测转染成功率；4)分别应用Westernblot及实时定量PCR技术检测各实验组内SIRT1蛋白及mRNA表达的变化；5)制作miR-204过表达及低表达模型,应用海人酸干预各组PC12神经元样细胞,随后TUNEL法检测各实验组细胞的凋亡率,Westernblot检测各组细胞GAP-43的蛋白表达；6)应用Westernblot检测5组细胞内p53的蛋白表达；7)体外瞬时转染SIRT1siRNA,制作PC12神经元样细胞的SIRT1沉默模型,应用、Westernblot检测转染成功率；8)应用Westernblot检测SIRT1抑制后]miR-204inhibitors对PC12神经元样细胞内p53蛋白表达的变化。实验结果：1)转染了mimics后的PC12神经元样细胞内miR-204的表达较空白对照组显著上升,而转染了inhibitors后的PC12神经元细胞内miR-204的表达明显低于空白对照组,差异具有统计学意义(p<0.05),提示转染成功。2)miR-204过表达组细胞内SIRT1蛋白表达水平较对照组明显下调,而在低表达组内显著上(p<0.05),但在mRNA水平变化并不显著,与对照组相比无统计学差异(p>0.05)；3)miR-204低表达组细胞内p53表达水平较对照组明显下调,差异具有统计学意义(p<0.05)；4)miR-204过表达组细胞在海人酸诱导惊厥后凋亡较正常组显著上调,而在低表达组细胞凋亡明显减少,差异具有统计学意义(p<0.05)；5)miR-204达组细胞在海人酸诱导惊厥后神经元GAP-43的水平显著下调,而过表在低表达组则GAP-43的表达较对照组明显上调,差异具有统计学意义(p<0.05)；6)转染了SIRTlsiRNA后的PC12神经元样细胞内SIRT1的表达较正常对照组及阳性对照组均显著下调,差异具有统计学意义(p<0.05)；7)在同时转染了miR-204inhibitors+SIRT1siRNA的PC12神经元样细胞内我们发现,p53蛋白表达水平与正常对照及相应的阳性对照组比较显著下调(p<0.05)。结论：miR-204通过负调控SIRT1的蛋白表达实现对惊厥性脑损伤的调控。SIRT1介导miR-204调控惊厥性脑损伤过程可能与影响其下游因子p53的活化有关。综上所述,可以初步得出结论：miR-34b-5p、-204、-582-3p、-672均参与了发育期反复惊厥性脑损伤的调控,miR-204在反复惊厥后的海马及大脑皮质中表达均较对照组显著上调,通过负调控SIRT1的表达调控惊厥后神经元的凋亡有突触可塑性的改变,其机制可能与负性调控凋亡相关因子p53的表达有关。因此,下调miR-204的表达能在转录后水平减弱了对SIRT1的抑制,使其表达显著增高,抑制惊厥性脑损伤诱发的神经元凋亡,促进轴突的生长与延伸,进而延缓脑损伤进程,为今后治疗惊厥性脑损伤提供了新的靶点。
【作者】刘玲娟；
【导师】毛定安；
【作者基本信息】中南大学，临床医学，2014，博士
【关键词】miRNA；miR-204；SIRT1；神经元凋亡；突触可塑性；

【参考文献】
[1]邓自立,解三名.自适应递推去卷滤波器[J].自动化学报,1990,01:9-15.
[2]胡建波.波浪破碎引起的有旋运动研究[D].大连理工大学,港口、海岸及近海工程,2013,硕士.
[3]刘佩文.英语名词数范畴的原型范畴研究[D].湖南师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[4]孟杰勇.基于并联机构的石材加工机床的设计与研究[D].华中科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[5]张四伟.兼容性选择对用户归属行为及平台厂商影响分析[D].山东大学,产业经济学,2013,硕士.
[6]谷雨.基于粗糙集和概念格的入侵检测研究[D].云南师范大学,2003.
[7]黄海清.基于FPGA的微细电火花电源及加工控制研究[D].广东工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[8]王艳萍.参考组与时间压力影响下在线消费者对主动式推荐促销的心理抗拒分析[D].华东理工大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[9]单伟.高性能低介电损耗树脂的研究[D].苏州大学,材料学,2013,硕士.
[10]王秋娟.教学游戏的设计及应用模式研究[D].曲阜师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[11]王青.郊区化背景下居住社区公共服务设施规划研究[D].山东建筑大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[12]叶喜民.高校教务管理系统排课算法的研究[D].南京理工大学,软件工程,2011,硕士.
[13]倪波.发电市场中主能量市场的辅助决策问题与AGC容量需求预测问题的探讨[D].浙江大学,2003.
[14]秦妍.改革开放以来中国人权保障的理论与实践研究[D].西南大学,科学社会主义与国际共产主义运动,2014,硕士.
[15]黎华寿,张修玉,曾祥有,聂呈荣.氯酸钾对花生生长的毒害效应[J].植物生态学报,2006,01:124-131.
[16]赵玉梅.划拨用地土地增值收益率分区研究[D].河北师范大学,自然地理学,2012,硕士.
[17]杨璞.白裤瑶纺织工艺文化研究[D].广西民族大学,中国少数民族史,2013,硕士.
[18]张韬.基于非参数统计的程序化交易策略研发报告[D].浙江工商大学,应用统计学（专业学位）,2013,硕士.
[19]周自德.苍南县紫菜产业可持续发展问题的对策研究[D].浙江海洋学院,农业推广（专业学位）,2013,硕士.
[20]姜懿郎,贾宏杰,姜涛,李鹏.电力系统单时滞稳定裕度求解模型简化方法[J].电力系统自动化,2014,02:46-52.
[21]王文（石羡）.学习策略指导在卫校化学教学中的实施探索[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[22]李婕.杭锦旗地区下石盒子组沉积相分析及对储层的影响[D].成都理工大学,沉积学,2013,硕士.
[23]吴振宇.大众传媒低俗化对青少年思想政治教育的影响及对策研究[D].广西民族大学,思想政治教育,2013,硕士.
[24]樊华.中国与周边国家商品贸易空间格局研究[D].东北师范大学,人文地理学,2014,博士.
[25]林仁斌.地方政府保障性住房建设存在的问题与对策研究[D].湘潭大学,公共管理,2011,硕士.
[26]王雯艳.基于文化理念之智能手机的图形用户界面设计研究[D].景德镇陶瓷学院,设计艺术学,2014,硕士.
[27]郝湲琪.基于填埋气特性的垃圾渗滤液管输防垢研究[D].西南交通大学,环境工程,2013,硕士.
[28]高洁雁.中小学教师情绪劳动和职业压力的关系：应对方式的中介作用[D].河北师范大学,心理健康教育,2013,硕士.
[29]李建会.有机磷农药氧乐果诱导机体糖尿病前效应的研究及机制探讨[D].吉林大学,卫生毒理学,2013,硕士.
[30]张兴宇.对外汉语报刊阅读教材练习编写的考察与思考[D].安徽大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[31]李邦忠.大面积薄板和粗糙表面电化学机械光整加工技术研究[D].大连理工大学,2004.
[32]刘荣多.河北省上市公司股权结构与公司绩效的实证分析[D].河北农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[33]吴小溪.移动互联网与移动电子设备时代的人机关系研究[D].中央美术学院,视觉传达,2013,硕士.
[34]王琳.山西阳泉回族文化变迁研究[D].湖北民族学院,民族学,2014,硕士.
[35]何代玉.消瘤祛毒饮联合DCF化疗方案治疗晚期胃癌的临床疗效观察[D].吉林大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[36]杜凯.制造业中小企业融资结构选择研究[D].河北经贸大学,金融学,2013,硕士.
[37]秦艳分.PP/TPEE共混物的制备及其性能研究[D].浙江理工大学,材料学,2013,硕士.
[38]崔彬.EMR系统病房医生站的设计与开发[D].浙江理工大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[39]金鑫.热鲜猪肉食用品质及其特定腐败菌预测模型的研究[D].南京农业大学,食品科学,2012,硕士.
[40]马立,谢炜,刘波,孙立宁.柔性铰链微定位平台的设计[J].光学精密工程,2014,02:338-345.
[41]刘红.SVCV糖蛋白在昆虫细胞中的表达及SVCV和IHNV抗体库的筛选[D].华中农业大学,水产养殖,2014,硕士.
[42]严智燕.中南黄瓜病虫害无公害防治专家系统的研究与建立[D].湖南农业大学,2005.
[43]宋翔.含有C_（60）或石墨烯的纳米氧化物光催化剂的制备及其催化活性研究[D].华东理工大学,2010.
[44]薛双纲,廖水生.对广铁第五次提速工务工作的回顾与思考[J].理论学习与探索.2004(S1)
[45]李大湘,赵小强,李娜.图像语义分析的多示例学习算法综述[J].控制与决策,2013,04:481-488.
[46]蒋芳.基于MATLAB的遥感图像SVM分类系统实现[D].湖北大学,地图学与地理信息系统,2012,硕士.
[47]王少鹏.面向客户个性化需求的服务网络定制方法[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2014,硕士.
[48]唐蕴婷.转型期“城中村”更新策略及设计控制研究[D].长安大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[49]于艳.后金融危机时代中国民营经济发展问题探讨[D].辽宁师范大学,区域经济学,2012,硕士.
[50]陈建慧.有机功能化修饰的碳纳米复合材料的制备及其电化学性能的研究[D].南京航空航天大学,2014.