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本文通过对脊髓性肌萎缩症（SMA）小鼠模型研究，揭示 miR-34a 在疾病中的关键作用及机制。
脊髓性肌萎缩症（SMA）研究背景
脊髓性肌萎缩症（SMA）是一种严重的神经退行性疾病，由生存运动神经元 1（SMN1）基因突变所致。该疾病会引发脊髓前角 α - 运动神经元变性，致使进行性骨骼肌无力和萎缩。SMA 发病率为 1/6,000 - 1/10,000，携带者比例达 1/40 - 1/60，依据发病年龄和病情严重程度可分为多种类型，其中 0 型最为严重，IV 型为症状最轻的成人发病型。
人类存在与SMN1密切相关的同源基因SMN2，二者虽编码相同的 SMN 蛋白，但SMN2因特定单核苷酸替换，致使其外显子 7 在 mRNA 前体剪接时多被跳过，产生的截短蛋白不稳定且功能异常，仅能生成约 10% 的全长功能性 SMN，难以弥补SMN1功能缺失。
SMN 是一种广泛表达的管家蛋白，在细胞核和细胞质中均有分布，主要功能是促进多种核糖核蛋白（RNPs）的生物合成，尤其是剪接体富含 U 的小核核糖核蛋白（snRNPs），还参与 mRNA 在神经突中的细胞内运输、转录终止时的 R 环分辨率以及部分 mRNA 的蛋白质翻译过程。
过去三十年，在理解 SMN 功能和调控SMN2剪接方面取得了显著进展，由此开发出两种治疗 SMA 的剪接调节药物。然而，SMN 缺乏导致运动神经元死亡的确切分子机制仍不明确，且 SMA 患者非神经组织如心脏、肝脏等存在广泛缺陷，这使疾病发病机制的研究更为复杂。
研究目的与方法
本研究旨在通过对 SMA 小鼠模型进行全转录组分析，探究脊髓、心脏和肝脏组织中差异表达的编码 RNA 和非编码 RNA（ncRNAs），构建竞争性内源 RNA（ceRNA）网络，明确关键调控因子及其作用机制，为深入理解 SMA 发病机制提供依据。
研究采用严重的台湾小鼠模型，收集出生后第 1 天（P1）和第 4 天（P4）的脊髓、心脏和肝脏组织，以同窝杂合小鼠为对照。提取组织总 RNA，构建 RNA 测序（RNA-seq）文库并进行测序。运用多种生物信息学方法分析测序数据，鉴定差异表达的 RNA（DE-RNAs），进行基因本体（GO）功能富集分析，预测 ceRNA 网络。同时，通过实时定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）、荧光原位杂交（FISH）、双荧光素酶报告基因实验、蛋白质免疫印迹（Western blotting）和流式细胞术等实验方法对关键 RNA 和基因进行验证。
实验结果
- RNA-seq 差异表达分析：研究共鉴定出 2,771 个差异表达的 mRNA（DE-mRNAs）、1,633 个差异表达的长链非编码 RNA（DE-lncRNAs）、382 个差异表达的微小 RNA（DE-miRNAs）和 1,519 个差异表达的环状 RNA（DE-circRNAs）。非神经组织中，尤其是心脏，在 P1 时差异表达基因（DEGs）数量多于脊髓，且 P4 时各组织间 DEGs 数量差异减小。
- DE-mRNAs 功能富集分析：GO 功能富集分析显示，脊髓中 DE-mRNAs 富集的 GO 细胞成分（GO-CC）术语多与细胞外空间相关，心脏中 DE-mRNAs 在 P1 时主要与免疫系统调节和细胞黏附相关，P4 时与有丝分裂细胞周期相关，肝脏中 DE-mRNAs 在 P1 时主要涉及代谢过程和细胞死亡，P4 时与神经元发育和核小体 / 染色体组装相关。三个组织的 DE-mRNAs 在分子功能（GO-MF）分析中均与结合功能相关。
- miR-34a 的鉴定与验证：miR-34a 是在所有组织中均失调的关键 miRNA。在脊髓中，miR-34a-3p 在 P1 时上调，P4 时下调；在心脏和肝脏中，miR-34a-5p 上调。RT-qPCR 验证了 miR-34a-5p 在多个组织中的上调表达，其中心脏和脾脏中上调最为显著。
- miR-34a-5p 及其靶 ceRNAs 的实验验证：在心脏组织中，通过 RT-qPCR、Western blotting 和免疫荧光等实验验证了 miR-34a-5p 的多个靶基因，包括Cdca8、Cenpe、Hjurp、Spag5等 mRNA，以及 lncRNA00138536、lncRNA00150507、circRNA007386、circRNA014460 等 ncRNAs。双荧光素酶实验证实了 lncRNA00138536、circRNA007386 和Spag5 mRNA 是 miR-34a-5p 的直接靶标。
- miR-34a 与细胞周期的关系：在 C2C12 细胞和人 AC16 心肌细胞中，敲低 SMN 导致 miR-34a-5p 表达上调，细胞周期停滞在 G1 期。转染 miR-34a-5p 模拟物（miR-mimic）也可使细胞周期停滞在 G1 期，而转染 miR-34a-5p 抑制剂（miR-inhibitor）对细胞周期影响不明显，表明 miR-34a-5p 在 SMA 小鼠心脏病理中起关键作用。
研究结论与意义
本研究通过对 SMA 小鼠模型多组织的全转录组分析，揭示了大量差异表达的编码和非编码 RNA，构建了 ceRNA 网络，确定了 miR-34a 在 SMA 发病机制中的关键作用。miR-34a-5p 通过靶向多个基因和 ncRNAs，影响细胞周期进程，导致心脏等组织的异常。这一发现为理解 SMA 中神经和非神经组织广泛缺陷的分子基础提供了新视角，也为 SMA 的早期诊断和治疗干预提供了潜在的新靶点和理论依据。然而，SMN 缺乏如何影响 ceRNA 网络以及 miR-34a 在不同组织中的精确调控机制仍有待进一步研究。
