唐氏综合征脐带血PBMC中LncRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络的综合解析：从细胞周期调控到潜在生物标志物发掘

《Scientific Reports》：Comprehensive analysis of LncRNA-miRNA-mRNA CeRNA network associated with umbilical cord blood PBMC in down syndrome

本研究针对唐氏综合征（DS）发病机制中竞争性内源RNA（ceRNA）调控网络不明确的科学问题，通过RNA-Seq技术对比DS与正常胎儿脐带血PBMC的转录组差异，首次构建了包含216个DEmiRNA、651个DElncRNA和15,789个DEmRNA的ceRNA互作网络。研究发现关键mRNA（如RBX1、RELA）富集于阿尔茨海默病、细胞周期等DS相关通路，并揭示MIAT/hsa-miR-378c/RBX1等ceRNA轴可能通过调控细胞周期驱动DS发生。该研究为DS的早期诊断提供了新型分子靶标，发表于《Scientific Reports》。

　　

唐氏综合征（Down Syndrome, DS）作为最常见的染色体疾病，全球每800名新生儿中就有1例患者。其病因主要是第21号染色体的额外复制（95%为完全三体，5%为部分重复），导致智力障碍、阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、先天性心脏病等复杂临床表现。尽管已知21号染色体上D21S55区域的基因过度表达与DS发病密切相关，但非编码RNA在DS中的调控机制仍属未知领域。近年来，长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）和微小RNA（microRNA, miRNA）被证实可通过竞争性内源RNA（competing endogenous RNA, ceRNA）机制像“分子海绵”一样吸附miRNA，进而调控基因表达，在多种疾病中发挥关键作用。然而，DS是否存在ceRNA网络调控，以及该网络如何影响DS病理表型，仍是悬而未决的科学问题。

为解开这一谜题，曾智鹏、周凤英等研究人员在《Scientific Reports》上发表了题为“Comprehensive analysis of LncRNA-miRNA-mRNA CeRNA network associated with umbilical cord blood PBMC in down syndrome”的研究。团队首次对DS及正常胎儿脐带血来源的外周血单核细胞（Peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）进行高通量RNA测序（RNA-Seq），系统绘制了DS相关的ceRNA互作图谱，并发现关键ceRNA轴可能通过干扰细胞周期促进DS发生。

关键技术方法

研究采用脐带血PBMC样本（DS与正常胎儿各1例），通过RNA-Seq技术分别构建miRNA（50-bp单端测序）和lncRNA/mRNA（150-bp双端测序）文库。利用TPM（miRNA）和FPKM（lncRNA/mRNA）标准化表达量，结合DEGseq（miRNA）与edgeR（lncRNA/mRNA）软件筛选差异表达基因（FDR<0.01，|log₂FC|>1）。通过KEGG/GO富集分析、STRING数据库构建蛋白互作网络（PPI），并联合miRanda、PITA、RNAhybrid工具预测ceRNA关系，最终用Cytoscape可视化网络。

研究结果

1. 差异表达RNA谱揭示DS相关分子特征

RNA-Seq共鉴定出216个DEmiRNA（88上调/128下调）、651个DElncRNA（154上调/497下调）和11,733个DEmRNA（3,915上调/7,818下调）。火山图显示差异基因分布集中，提示DS存在广泛的转录组紊乱。

2. 功能富集提示DS与神经退行性疾病通路密切关联

GO分析表明，上调mRNA主要参与细胞过程、代谢调控等生物学过程，下调mRNA则富集于免疫调节通路。KEGG分析显示，DEmRNA显著富集于阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病等神经退行性疾病通路，以及NF-κB信号通路、细胞周期、核糖体等功能模块，与DS多系统表型高度吻合。

3. PPI网络锁定11个hub基因调控细胞周期与免疫

通过STRING数据库构建的PPI网络识别出11个核心mRNA（RPS27A、UBA52、UBC、RPL11、RPS27、MRPS7、RPL23、RPL9、NFKB1、RBX1、RELA），其中RPS27A和UBA52参与核糖体泛素化与细胞周期调控，RBX1通过E3连接酶复合物影响染色体稳定性，RELA则作为NF-κB家族成员调控炎症反应。MCODE模块分析进一步将这些基因聚类为核糖体合成、细胞周期、神经退行性疾病、免疫信号通路四大功能群。

4. ceRNA子网络揭示MIAT/miR-378c/RBX1轴潜在作用

研究构建了包含93,108对互作关系的ceRNA网络，从中提取出197个lncRNA、5个miRNA（hsa-miR-378c、hsa-miR-503-5p等）和4个mRNA（RELA、RBX1等）组成的子网络。关键lncRNA如ENST00000616213.4（MIAT）可通过吸附hsa-miR-378c，解除其对靶基因RBX1的抑制，进而影响细胞周期进程，可能导致DS表型出现。

结论与意义

本研究首次在DS脐带血PBMC中构建了lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA调控网络，揭示神经退行性疾病通路与细胞周期紊乱是DS的核心分子特征。关键基因如RBX1、MIAT等可能通过ceRNA机制影响染色体稳定性与细胞分裂，为DS的早期诊断提供了新型生物标志物（如hsa-miR-378c、MIAT）。尽管样本量有限，但该研究为理解DS多系统表型的分子基础开辟了新视角，未来可通过扩大样本验证ceRNA轴的临床转化潜力，推动非侵入性产前诊断策略开发。