肽类药物Selank在大鼠早期实验性脑缺血中的转录组学效应

《Molecular Biology》：Transcriptomic Effects of Peptide Drug Selank during Early Experimental Cerebral Ischemia in Rats

　　

在缺血性中风的治疗中，旨在维持神经系统细胞活力并恢复其功能的神经保护疗法备受关注。肽类药物Selank（Thr-Lys-Pro-Arg-Pro-Gly-Pro）是内源性Tuftsin的类似物，被用作影响人体神经系统的药物。Selank具有抗焦虑、促智、神经保护和免疫调节作用。然而，其神经活性可能更为广泛，并在脑卒中等神经功能严重受损的条件下表现出来。研究人员利用磁共振成像引导的短暂性大脑中动脉阻塞（tMCAO）模型，研究了缺血后早期数小时内Selank对大鼠脑基因表达变化的影响。在tMCAO后4.5小时对大鼠额叶皮层进行高通量RNA测序，与生理盐水给药相比，Selank给药后鉴定出118个差异表达基因（DEGs），其倍数变化>1.5且Padj<0.05。大多数DEGs（99个）响应Selank而下调。其中，60个DEGs（C1qc、RT1-Ba、Cd68、Cd74等）仅被缺血上调。因此，Selank显著减少了缺血引起的基因表达谱紊乱，表现出代偿效应。进一步的功能分析（GSEA）揭示了Selank对参与神经接收和免疫（包括抗原加工与递呈以及补体系统）的基因具有活性。因此，研究发现Selank能够在分子遗传水平调节缺血损伤诱导的过程。

缺血性中风是由血栓形成或栓子阻塞引起的急性脑血管事件，常伴随高级神经活动的扭曲和明显的认知功能障碍，目前的治疗手段受到现有药物低疗效的限制，最为常用的组织纤溶酶原激活剂（tPA）等再灌注疗法受到时间窗（TW）的限制。除了恢复血液供应之外，预防大脑中的病理事件是当前研究的重点。肽类药物Selank是天然调节肽Tuftsin的类似物，具有抗焦虑和免疫调节等作用。近期研究表明Selank能够对γ-氨基丁酸能系统进行正向别构调节，但在缺血等受体系统极化的条件下，其广泛的转录组效应尚不明确。为了探究这一问题，研究人员开展了相关实验并于《Molecular Biology》发表论文，旨在研究Selank在早期脑缺血期间对大鼠额叶皮层区域转录组的影响。

队列来源为两月龄体重200–250g的雄性白化Wistar大鼠。研究关键方法：短暂性大脑中动脉阻塞（tMCAO）模型构建及磁共振成像（MRI）评估缺血损伤；使用高通量RNA测序检测额叶皮层转录组变化并经实时聚合酶链反应（PCR）验证；运用DAVID和基因集富集分析（GSEA）对鉴定的差异表达基因进行功能注释与富集分析；最后构建可视化通路与调控网络。

RNA-Seq分析Selank在tMCAO后4.5h对大鼠额叶皮层转录组的影响
通过MRI扫描证实所有大鼠在tMCAO后4.5小时成功形成缺血损伤区域。通过RNA-seq及火山图分析对比IL组与IR组，发现共有118个DEGs受Selank调节。其中19个基因上调，99个基因下调，并通过实时PCR在更大样本中验证了测序数据的可靠性。

比较接受缺血联合或不联合Selank给药的大鼠在tMCAO后4.5小时的额叶皮层RNA-seq数据
研究比较了受Selank调节的DEGs与受缺血调节的DEGs。在75个重叠的DEGs中，有61个基因在IL组与IR组对比及IR组与SO组对比中呈现相反的表达变化。其中60个基因被缺血上调但在使用Selank后下调。另有14个DEGs在缺血和Selank给药后均呈现相似的基因表达变化，大多数上调。此外，有43个基因仅在IL组与IR组的比较中被Selank特异性调节，主要涉及谷氨酸受体等神经突触活动相关的基因。

Selank调节的DEGs的功能注释
运用DAVID和GSEA分析显示，Selank下调的基因显著富集于金黄色葡萄球菌感染和哮喘等KEGG通路中。同时，GSEA鉴定出排名前五的KEGG通路主要涉及免疫系统、抗原加工与递呈、补体系统以及丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应。此外，REACTOME通路分析表明相关基因参与调节G蛋白功能、血小板聚集与激活以及细胞外基质组织等系统。

表征Selank在tMCAO后4.5h对大鼠额叶皮层转录组影响的基因网络
研究人员基于显著KEGG及REACTOME通路构建了基因调控网络。KEGG网络中，RT1-Da、RT1-Db1和RT1-Ba等主要组织相容性复合体基因在缺血中上调而在Selank给药后下调，显示出代偿作用。REACTOME网络中，P2ry12、C3、Penk和Prkca被Selank显著下调，表明Selank对相关系统也具有代偿效应。

脑缺血损伤常伴随由炎症和神经病理引起的基因表达谱严重紊乱。研究证实，Selank在治疗时间窗内能够以代偿方式削弱缺血诱导的转录活性改变，对于过度激活的免疫系统及抗原加工相关基因产生了显著的抑制作用。此外，Selank对一些原本不受缺血影响的基因也表现出特定的靶向调节作用，这表明Selank的作用机制可能涉及更多复杂的细胞信号调控系统。该研究首次揭示了Selank在早期实验性脑卒中对额叶皮层转录组的影响。

研究结论：
研究人员首次研究了Selank在早期实验性脑卒中阶段对包含可恢复细胞区的大鼠额叶皮层转录组的影响。Selank能够以代偿方式减轻缺血对基因表达的影响，从而削弱缺血诱导的转录活性改变。研究特别证实，Selank对脑缺血后参与神经冲动传递及免疫反应（包括抗原加工与递呈和补体系统）的相关基因具有显著的调节作用。有效控制这些生理病理过程对于开发早期脑缺血治疗手段具有极为重要的临床意义。此外，研究人员还发现Selank能够调控大脑细胞中未被缺血直接影响的基因，这一发现说明Selank的作用机制更为复杂，其机制极可能涉及细胞内多种复杂的调控系统，仍有待未来研究进一步深入探索。