基于转录组学的颅脑创伤之“瘀血内停”病理机制研究

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背景和目的:颅脑创伤(TBI)是一种中枢神经系统常见疾病,死、残率位居各类创伤之首,是亟待解决的世界性公共健康和社会问题。《灵枢》云“若有所坠堕,恶血留内而不去”,指出TBI的中医病机为“瘀血内停”。瘀血是指体内血液停聚形成的病理产物,“瘀血内停”即瘀血积聚体内,阻滞气机,影响血脉运行,导致局部或全身血液运行失常。凝血系统和纤溶、抗凝系统的动态平衡对血液的顺畅流动具有重要意义,当凝血功能出现异常,血液可能凝固于血管之中。历代中医家根据“瘀血内停”的病机,以活血化瘀为TBI的基本治法,取得了一定的临床疗效。然而迄今为止,对“瘀血内停”病机的研究仍处于理论探讨阶段,缺乏深入的实验证据。本研究旨在通过对临床患者凝血功能的检验证明“瘀血内停”是颅脑创伤的基本病机,并运用转录组学技术进一步探索凝血功能相关的基因和通路。  方法:收集2014年6月至2015年5月间在中国武警脑科医院神经重症科住院的TBI患者,并分别于创伤后6 h、12 h、24 h收集患者静脉血和脑脊液标本。将采集的静脉血用于检验凝血功能(PT、APTT、Fg、DD、PLT),并运用Western Blot方法检测脑脊液中蛋白表达变化,比较各时间点凝血指标的变化差异及脑脊液蛋白变化趋势。  运用CICⅡ型细胞损伤仪建立SH-SY5Y细胞牵张损伤模型,根据不同损伤力度、不同培养时间下细胞存活率,确定损伤所用模型。将牵张损伤的细胞作为损伤组,不损伤的细胞作为对照组。提取对照组和损伤组细胞总RNA,运用琼脂糖凝胶电泳、Nanodrop和Agilent2100检测评估RNA质量。对符合建库要求的RNA进行转录组基因测序(RNA-seq),通过碱基错误率、GC含量检验测序数据的准确性,将测序得到的序列与参考基因进行比对,得到各基因名称、计算基因表达量。运用皮尔逊相关系数检验测序结果的重复性,将readcount>100且两组数据相比readcount变化超过50%的基因认定为差异表达基因。对差异表达基因进行GO功能分类、KEGG富集和IPA分析,并且随机选取10余个基因运用qPCR进行变化趋势验证。  结果:本研究共收集到32例TBI患者,男性24例,女性8例。脑脊液蛋白Western Blot结果显示,Plg和AT-Ⅲ的含量变化与创伤时间相关,创伤6 h时脑脊液中Plg含量较高,随着时间的延长含量逐渐减低,而AT-Ⅲ在6 h时脑脊液中含量较少,随着创伤时间的延长含量增加。TBI患者凝血功能检验结果显示,在正常水平之内PT和APTT随时间变化而升高,PLT随时间变化而减低。DD和Fg在创伤6 h时明显高出正常水平,其中DD随着时间下降但仍高于正常水平,而Fg的变化则是先升高,再下降,在创伤24 h又出现小幅回升。  运用中度损伤培养12 h建立SY5Y细胞牵张损伤模型,提取的RNA质量较好,满足 RNA-seq建库要求。两组样本测序得到的基因比对到参考序列外显子的比率均超过90%。两组数据的皮尔逊相关系数均大于0.95,实验数据重复性较好。  通过筛选得到差异表达基因1422条,与对照组相比,1197条基因表达上调,225条基因表达下调。通过差异基因的GO分析与KEGG通路富集,发现损伤组与对照组在多种代谢途径上存在差异,且富集得到多条能量代谢通路以及凋亡通路。qPCR检测基因变化趋势得到与RNA-seq相似的结果。IPA分析获得1条以HIF-1α为中心的调节通路,在该通路中,HIF-1α表达下调,保护神经元,减少瘀血生成,阻止细胞死亡,并通过磷酸化H2AFX起到修复受损DNA的作用,从降低细胞死亡率。  结论:本研究表明TBI早期机体处于高凝状态,导致“瘀血”的生成,并且瘀血在一段时间内持续存在,证实了“瘀血内停”为TBI的基本病机,其机制可能为HIF-1α表达调控的通路导致凝血功能异常。
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