系统生物学分析揭示了与心肌细胞对SARS-CoV-2感染的反应相关的miRNA–mRNA网络

《npj Systems Biology and Applications》：Systems biology analysis reveals miRNA–mRNA networks associated with cardiomyocyte responses to SARS-CoV-2 infection

　　

摘要

在COVID-19中，心脏并发症十分常见且具有重要的临床意义，但其背后的分子机制至今仍不甚明了。在此，我们结合尸检组织病理学分析、转录组学研究以及微小RNA分析，旨在阐明SARS-CoV-2引发的心肌损伤的调控机制。对29名死于COVID-19的患者的 cardiac组织进行组织学检查后，发现存在明显的免疫细胞浸润、心肌细胞坏死以及纤维化重构现象。为进一步了解这些病理过程，我们首先分析了42种来自SARS-CoV-2感染心肌细胞的转录组数据，这些细胞包括原代人类心肌细胞、诱导多能干细胞衍生的心肌细胞以及人类胚胎干细胞衍生的心肌细胞。我们在感染的心肌细胞中发现了871个差异表达基因，这些基因与免疫激活、细胞外基质重构以及心肌收缩功能受损有关。基于这些异常表达的基因，我们进一步推断了miRNA与mRNA之间的调控网络，并通过miRTarBase分析，找到了331种可能参与调控这些差异表达基因的微小RNA，其中包括已知能够影响纤维化进程、细胞外基质组成以及心肌细胞存活的miR-29a、miR-145和miR-199a。最后，我们在COVID-19患者的血液样本中对这些候选微小RNA进行了检测。我们对COVID-19患者血浆中的循环微小RNA进行了分析，发现了32种表达异常的微小RNA，其中11种与之前预测的列表一致。值得注意的是，miR-29a的表达下降与纤维化程度加重相关，而具有免疫调节功能的miR-21在病情较轻的患者中表达升高。综上所述，我们的多模式分析揭示了SARS-CoV-2感染的心脏中调控炎症、纤维化以及心肌收缩功能障碍的微小RNA-mRNA调控网络。这些发现为COVID-19相关心肌病的风险分层及治疗靶点选择提供了重要的分子依据。