多组学分析揭示缺血性脑卒中小鼠髓鞘相关关键特征及潜在治疗新方向

研究人员为探索缺血性脑卒中（IS）髓鞘病理机制，开展转录组和蛋白质组联合分析，发现关键基因及潜在药物，助力 IS 诊疗。

　　缺血性脑卒中（Ischemic stroke，IS）是全球范围内导致残疾和死亡的重要原因之一，就像大脑健康的 “定时炸弹”，随时可能引爆，给患者及其家庭带来沉重的负担。以往，人们大多把目光聚焦在神经元损失、脑水肿等方面，相应的治疗策略也主要围绕恢复血流和神经保护展开。但近年来，越来越多的证据表明，白质在 IS 后的功能障碍中起着关键作用，其中脱髓鞘更是导致长期残疾的重要病理过程。可目前对于 IS 后髓鞘损伤和修复的分子机制，我们知之甚少，这就像迷雾笼罩，阻碍了针对性治疗方法的开发。所以，为了拨开这层迷雾，探索出有效的治疗策略，深圳市龙华区人民医院康复医学科、深圳大学第一附属医院神经外科以及中国科学院深圳先进技术研究院的研究人员展开了深入研究。

这项研究成果发表在《Functional & Integrative Genomics》杂志上。研究人员通过建立小鼠短暂大脑中动脉闭塞（MCAO）模型，收集不同时间点的脑组织样本，运用转录组和蛋白质组测序技术，结合软聚类分析、功能富集分析、ROC 分析等多种手段，深入探究髓鞘相关基因（MRGs）及其调控网络，还预测了潜在的治疗药物。

研究人员用到的主要关键技术方法有：首先建立小鼠 IS 模型，模拟人类缺血性脑卒中的发病过程；然后进行 RNA 测序和蛋白质测序，获取基因和蛋白质层面的表达信息；利用软聚类分析和富集分析，找出具有相似表达模式的基因和蛋白质，并分析它们参与的生物学过程；通过 ROC 分析确定关键基因；构建 ceRNA 网络，揭示基因之间的调控关系；运用药物预测和分子对接技术，筛选出可能对 IS 有治疗作用的药物；最后通过 qRT-PCR 和 Western blot 实验验证关键基因的表达。

研究结果如下：

1. 识别常见趋势基因和关键基因：利用软聚类分析，研究人员识别出 569 个常见趋势基因和 15 个关键基因，其中 Wasf₃和 Slc25a₅在转录组和蛋白质组中均与髓鞘形成相关，且 AUC 值大于 0.7，能够有效区分不同时间点的样本，因此被选定为关键基因进一步研究。
2. 关键基因的功能和相关性分析：GO 和 KEGG 分析显示，Wasf₃和 Slc25a₅主要富集在线粒体呼吸、钙代谢等通路。共定位分析表明，它们的蛋白质产物主要定位于细胞核，且与多个基因存在关联，参与肌动蛋白丝聚合等过程。
3. 不同发病时间组的通路差异：对不同发病时间组的特征基因集分析发现，免疫调节、外泌体活性、线粒体功能以及铜 - 铁 - 钙离子代谢等通路存在显著差异。例如，在蛋白质组中，WP 铁稳态在 MCAO7D 组显著激活，而在 MCAO14D 组受到抑制；在转录组中，钙离子跨膜通道的负调控在多个组中被显著抑制，铁离子稳态和转运在 MCAO7D 相关组中上调。
4. 关键基因的复杂调控机制：预测关键基因的转录因子（TFs），构建了 TF - mRNA 网络。同时，识别出差异表达的 lncRNAs 和 circRNAs，构建了 ceRNA 网络，包括 Wasf₃ - mmu - miR - 423 - 5p - H19 等调控轴，揭示了关键基因在 IS 中的复杂调控机制。
5. 潜在治疗药物的预测：通过 CTD 数据库分析，发现 243 种与关键基因相关的药物，其中丙戊酸（VPA）与 Wasf₃和 Slc25a₅的结合亲和力最强，分子对接显示其结合能分别为 - 4.2 和 - 4.7 kcal/mol，提示 VPA 可能是 IS 的潜在治疗药物。
6. 关键基因的表达验证：qRT-PCR 和 Western blot 分析显示，与 Sham0D 组相比，MCAO7D 组中 Wasf₃的 mRNA 和蛋白质表达水平显著降低，而 Slc25a₅的表达虽有下降但不显著，可能是样本量不足导致。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次利用 MCAO 模型，证实 Wasf₃和 Slc25a₅在 IS 发病机制中起重要作用，有望成为疾病进展的潜在生物标志物。虽然它们在髓鞘修复中的具体机制尚待明确，但研究人员推测它们可能通过调节代谢串扰来影响肌动蛋白和蛋白质聚合。此外，研究还发现 VPA 可能通过与 Wasf₃和 Slc25a₅结合，调节钙代谢、线粒体呼吸和肌动蛋白丝动力学，从而发挥神经保护和促进髓鞘修复的作用。这为 IS 的治疗提供了新的策略和潜在药物。不过，该研究也存在一些局限性，如小鼠模型与人类病理生理的差异、样本量不足等，未来还需要进一步的研究来验证这些发现，并探索更有效的治疗方法。总体而言，这项研究为缺血性脑卒中的诊疗开辟了新的道路，具有重要的理论和实践意义。