老年大鼠骨骼肌功能减退的比较转录组分析及两种干预方法的研究

发布时间：2020-10-21 06:23

　　 肌肉减少症是伴随衰老而发生的骨骼肌质量和功能减退的一种疾病,肌少症发病机制尚未完全清楚,治疗方法也需要进一步研究检验。本研究以大鼠为实验对象,整合肌肉质量和力量指标,采用RNA测序(RNA-Seq)技术进行比较转录组分析,并进行定量PCR验证,以揭示衰老相关的骨骼肌减退机理;采用运动锻炼和补充白藜芦醇处理老年大鼠,以检验运动和抗氧化对肌少症的治疗效果及其对骨骼肌基因表达的影响。实验一,随机选取10只25月龄的雄性大鼠作为老年组(OG)和10只6月龄的雄性大鼠作为青年组(YG),经6周的正常喂养后,测定身体质量、抓力、腓肠肌质量,通过转录组测序分析差异表达基因,并进行GO富集分析和KEGG富集分析。结果表明,老年大鼠的骨骼肌指数、相对抓力均显著低于青年大鼠。共鉴定525个差异表达基因,其中447个在老年大鼠中表达降低,78个表达增高。老年大鼠表达降低的基因主要有AMPK亚基α2(Prkaa-2)、胰岛素样生长因子1(IGF-1),肌细胞增强因子2a(MEF2a),解偶联蛋白3(UCP-3),多个叉头框家族基因(FOX03,FOXK1,FOXN1);一些离子通道相关基因,比如钙调素依赖丝氨酸蛋白激酶(CASK)、钙离子通道辅助亚基α2δ1(CACNA2d1)、双孔钙通道蛋白1异构体1、钾离子通道亚族J成员2(KCNJ2),氯离子通道3,压电型机械感应通道组件2(PIEZ02);多个胶原蛋白家族基因(COL1a1,1a2,3a1,4a1,4a2,4a3,4a5,5a1,5a2,5a3,6a1,6a2,6a3,6a6,8a2,11a1,14a1);部分炎症因子相关基因,如白介素1受体1(IL1r11)、白介素13受体亚基α1、白介素6信号转导子(IL6ST)。老年大鼠表达增高的基因主要有烟碱型乙酰胆碱受体α1(CHRNa1)、O-6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)、海藻糖变旋酶(Fuom)、肌脂蛋白(SLN)、钠离子通道α亚基5(SCN5a)、白介素3受体亚基α(IL3ra)、白介素15(IL15)。选择了8个基因(Prkaa-2、FOX03、IGF-1、CASK、TRIM67、IL-6、MGMT、SCN5a),采用定量PCR对其表达水平变化进行验证,其中5个基因(Prkaa-2、IGF-1、CASK、MGMT、SCN5a)在老年大鼠中表达发生与转录组一致的变化,3个基因(FOX03、TRIM67、IL-6)表达水平未发生显著变化。在老年大鼠和青年大鼠间得到了 1199个显著的GO富集项,其中最显著的20项主要与器官发育、细胞反应、胞外基质结构有关,且多数在老年大鼠中下调。KEGG富集发现了一些在老年大鼠中下调的通路,包括黏着斑通路、细胞外基质受体作用通路、PI3K/AKT信号通路、蛋白质消化吸收通路、小细胞癌通路(corrected P0.05)。实验二,选取25月龄的老年大鼠,随机分成三组,分别为老年对照组(OC)、老年运动组(OE)和老年白藜芦醇组(OR),每组10只。OC组进行正常喂养,OE组进行跑步锻炼处理、OR组通过摄食补充白藜芦醇处理,6周后,测定身体质量、抓力、腓肠肌质量,通过转录组测序分析差异表达基因,并进行GO富集分析和KEGG富集分析。OE组和OR组体质量减小,呈现负增长;3组间肌肉指数均无显著差异,绝对抓力无显著差异。OE组和OC组肌肉组织间有21个差异表达基因。与OC组相比,OE组有14个基因表达水平下调,如核糖体RNA加工蛋白7同源物A(Rrp7a)、核糖体RNA启动子绑定蛋白(LOC257642)、YIF1B蛋白(LOC103689986)、钠/钾通道亚家族蛋白T1(Kcnt1);而有7个基因表达水平上调,如slingshot蛋白质磷酸酶(SSH2)、多聚肽N转移酶5(GALNT5)、锌指蛋白(ZFP474)、线粒体载体3重复1(MCART1)、胞嘧啶脱氨酶类似物(LOC100909857)。选择了 8个基因(prkaa-2、FOX03、IGF-1、CASK、trim67、IL-6、MGMT、SCN5a)进行定量PCR验证,OE组和OC组间各基因均无显著差异。GO富集分析发现了 70个显著的富集项,最显著的20个GO项主要与细胞反应和胞嘧啶核苷脱氨基作用有关。KEGG通路富集分析发现了几个在OE组中上调的通路,如黏蛋白型O-聚糖合成、嘧啶代谢和药物代谢(corrected P0.05)。OR组和OC组间只有12个差异表达基因。与OC组相比,OR组有2个基因表达水平下调;而有10个基因表达水平上调,如醛脱氢酶1 家族 A1(ALDH1a1)、tripartite 基序蛋白 67(TRIM67)、突触泡融蛋白1(SYT1)、突触融合蛋白7类似物(LOC100910446)、突出体关联蛋白25(SNAP25)、甲状腺素运载蛋白(TTR)、溶质载体家族 17 成员 7(SLC17a7)、neura1EGFL 类似物 2(NELL2)、载脂蛋白C-I类似物(LOC100910181)。GO富集分析发现了 219个显著的富集项,最显著的GO项主要与神经递质传递、突触囊泡循环、乙醇代谢过程有关。KEGG通路富集分析发现了几个在OR组中上调的通路,如突出囊泡循环、视黄醇代谢、胰岛素分泌、逆行性内源性大麻素信号、谷氨酸能突触(correctedP0.05)。选择了 8个基因(prkaa-2、FOX03、IGF-1、CASK、trim67、IL-6,MGMT、SCN5a)进行定量PCR验证,发现OR组和OC组间各基因均无显著差异。讨论认为,老年大鼠的AMPK和UCP3表达降低,这会降低对炎症因子和氧化应激的抵御能力;IGF-1表达降低会影响肌肉细胞的合成和肌肉收缩;CASK表达降低削弱了肌肉兴奋-收缩偶联;CHRNa1表达上调可使突触外基因去抑制,导致神经肌肉接头失能。这些基因表达的变化可以解释老年大鼠肌肉质量和功能的减退。运动锻炼和补充白藜芦醇对老年大鼠肌肉的质量和力量及肌肉功能相关基因(如AMPK、IGF-1、MGMT、CASK)均没有明显效果。但两种处理对老年大鼠有明显的减重效果。因此,在研究影响肌肉功能的因素时,应当考虑体重改变的干扰。因此,运动锻炼和补充白藜芦醇对老年大鼠肌肉的基因表达影响有限,对肌肉质量和力量的改善可能不明显。有趣的是,白藜芦醇促进了一些与神经突触功能有关的基因表达,提示补充白藜芦醇对老年大鼠骨骼肌的突触囊泡循环有作用。
【学位单位】：重庆医科大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R685
【部分图文】：

０．９８?０；．?９９?０．?９８?０．９８?０．９８?０Ｇ＿ａ??－０．０．?９８?０．９８?０．９７?０．９６?０．９６?ＧＧＪ＞??■?■??－０ｇ??０．９９?０．９８?０．９８?０．９８?０．９８?０Ｇ＿ｃ??Ｓ?－〇０．９８?０．９７?０．９８?０．?９８?０．９８?Ｈ?ＴＧ＿ａ?ｇ??－００．９８?０．９６?０．９８?０．９８?０．９９?ＹＧ＿ｃ??ｆｌｔｆ＿?Ｕ｜?＜ｔｆ｜?ｕ＿??＾??ｏ?ｏ?ａ?ｔ－ｉ?ｆｅ－ｉ?ｔ－？??年组（ＯＧ）和青年组（ＹＧ）大鼠各肌肉样本基因表达水平ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｇｅｎｅ?ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ｍｕｓｃｌｅ?ｓａｍｐｌｅｓ?ｒａｔｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｙｏｕｎｇ?ｇｒｏｕｐ?ｒａｔｓ??

图７三组大鼠绝对抓力（Ａ）和相对抓力（Ｂ）比较??ａ，ｂ：不同上标字母表示组间差异显著（Ｐ＜０．０５）??ｕｒｅ?７?Ｔｈｅ?ａｂｓｏｌｕｔｅ?ａｎｄ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｇｒｉｐ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｌｄ?ｅｘｅｒｃｉｓｅ?ｇｒｏｕｐ?ｒａｔｓ?（ＯＥｒｅｓｖｅｒａｔｒｏｌ?ｇｒｏｕｐ?ｒａｔｓ?（ＯＲ），?ａｎｄ?ｏｌｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｇｒｏｕｐ?ｒａｔｓ?（ＯＣ）??ａ，ｂ：?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌｅｔｔｅｒｓ?ｍｅａｎ?ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｇｒｏｕｐｓ?（Ｐ＜０，０５）??５４??

■??）｜?（Ｊ｜?？）｜?，０＾?（Ｊ｜?？）｜?（Ｊ｜??１?ｅ?ａ＇?ｇ１?ｓ?ｓ?ｓ?＾?ｓ??ＯＣ?）、老年运动组（ＯＥ?）和老年白藜芦醇组（ＯＲ）表达水平的相关性??ｅｌａｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｇｅｎｅ?ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ｍｕｓｃｌｅ?ｓａｍｐｌＥ），?ｏｌｄ?ｒｅｓｖｅｒａｔｒｏｌ?ｇｒｏｕｐ?ｒａｔｓ?（ＯＲ），?ａｎｄ?ｏｌｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｇｒＯＥ?ｖｓ?ＯＣ
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 贾昌路;张瑶;朱玲;张锐;;转录组测序技术在生物测序中的应用研究进展[J];分子植物育种;2015年10期

2 李小白;向林;罗洁;胡标林;田胜平;谢鸣;孙崇波;;转录组测序(RNA-seq)策略及其数据在分子标记开发上的应用[J];中国细胞生物学学报;2013年05期

本文编号：2849764