人体组织与脑脊液、泪液、汗液、精液及唾液中MicroRNAs的关联性及其疾病诊断潜力分析

《Scientific Reports》：The relationship of human tissue MicroRNAs with those from cerebrospinal fluid, tear, sweat, semen, and saliva

本研究针对人体组织与脑脊液、泪液、汗液、精液、唾液等体液中microRNAs(miRNAs)的关联模式尚不明确的问题，通过生物信息学分析揭示了不同来源体液的miRNA表达谱与39种健康人体组织存在显著正相关，且呈现特异性关联模式。研究发现脑脊液与脑组织关联最强，唾液在口腔癌患者中组织关联性增强，为开发体液miRNA作为特定疾病诊断标志物提供了重要理论依据。

　　

在生命科学领域，微小RNA(microRNA, miRNA)作为一类长约22个核苷酸的内源性非编码RNA，已成为调控基因表达的关键分子。这些微小的调控因子参与包括发育时序、细胞增殖、细胞死亡、造血功能和神经系统模式形成在内的众多生命过程，其表达异常与癌症、自身免疫疾病等多种人类疾病密切相关。因此，miRNAs被视为监测健康和疾病状态的极具潜力的生物标志物。

尽管血液中的miRNAs作为疾病生物标志物已被广泛研究，但人体内还存在许多其他体液，如脑脊液、泪液、汗液、精液和唾液，这些体液中同样含有丰富的miRNAs。然而，这些体液中miRNAs与人体各种组织中的miRNAs之间存在何种关联，以及这种关联模式是否能为我们提供疾病诊断的新思路，仍然是科学界亟待解答的问题。

为了解决这一科学问题，由费钦彤、姚惠林、梁甜甜、陈思晗和崔庆华组成的研究团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们通过系统的生物信息学分析，深入探索了人体39种健康组织与多种体液（包括脑脊液、泪液、汗液、精液和唾液）中miRNAs的表达关系，揭示了不同来源体液的miRNA表达谱与人体组织之间的特异性关联模式，为开发基于体液miRNAs的疾病诊断工具提供了重要理论依据。

研究团队采用了多项关键技术方法开展此项研究。他们从公共数据库GEO和已发表文献中收集了脑脊液、泪液、汗液、精液和唾液等多种体液的miRNA表达数据集，这些样本来源多样，包括颅内出血患者、神经管缺陷患者、气候性滴状角膜病变患者、健康志愿者、口腔鳞状细胞癌患者、胃癌患者以及法医学样本。通过对这些数据的整合分析，研究人员运用Spearman相关性分析评估了不同生物样本间miRNA表达谱的相似性，并采用多维标度法(MDS)可视化39种健康人体组织间的相互关系。此外，他们还使用TAM 2.0工具对体液中差异表达的miRNAs进行了功能富集分析，以探索其潜在的生物学功能。

健康人体组织间的相互关系

研究人员首先基于miRNA表达谱探讨了39种健康人体组织（排除胎盘组织）间的相互关系。通过多维标度分析发现，睾丸和大脑在 miRNA 表达谱上与其他组织差异显著，显示出较低的组织相似性。这种独特性可能与这两个组织的高度特异性功能有关：睾丸中的miRNAs参与精子发生，而大脑中的miRNAs则参与神经分化和突触形成。此外，血睾屏障和血脑屏障的存在可能限制了miRNA的交换，使得这两个组织的miRNA表达谱相对独立。

研究还发现，具有相同系统来源或功能相似的组织倾向于聚集在一起。例如，心脏的各个腔室（左心房、右心房、心包、左心室、右心室）紧密聚集；消化系统组织（空肠、食管、小肠、近端结肠、结肠、十二指肠、胃、回肠和胰腺）也形成了明显的聚类。这种聚类模式可能与组织的共同胚胎起源或发育途径有关，同时也反映了它们在功能上的相互依赖性。

不同来源体液与健康组织的关系呈现特定模式

全局分析显示，所有体液的miRNA表达数据集与40种健康组织的总miRNA表达水平均呈显著正相关。具体而言，脑脊液miRNAs与总组织miRNAs表达水平显著相关；泪液和唾液也显示出类似的相关性。相比之下，汗液miRNAs与总组织的相关性相对较低但仍有统计学意义，这可能与汗腺的主要功能是排泄而非细胞间通讯有关，同时汗液中的高盐含量可能导致miRNAs降解，降低其稳定性。

对法医样本中唾液和精液miRNA表达数据的分析显示，精液与总组织的相关性弱于唾液。精液的复杂组成（包含精子细胞和前列腺上皮细胞等特异性细胞）可能导致其miRNA表达谱具有高度特异性，且与生殖系统功能密切相关，因此与全身组织的相关性相对较低。这一发现提示，在法医学应用中，当需要生物标志物具备多组织关联能力时，唾液可能比精液更适合开发基于miRNA的生物标志物。

值得注意的是，对口腔鳞状细胞癌患者和健康对照者唾液样本的进一步分析表明，患者的唾液样本与所有组织的相关性均高于健康对照。口腔癌可引发局部炎症反应和全身代谢改变，肿瘤微环境中的细胞会主动分泌含有miRNAs的外泌体，可能通过血液或体液循环增强与其他组织的通讯，从而使患者唾液中的miRNA表达谱与多种组织更为相似。

不同来源体液与特定健康组织呈现最高相关性

研究人员进一步探讨了不同体液是否与特定的健康组织呈现不同的相关性模式。结果显示，脑脊液与大脑的相关性最高，其次为脾脏、肾上腺、右心房和左心房。脑脊液作为脑组织的细胞外液，直接包围中枢神经系统，有利于miRNAs通过扩散或主动运输从脑组织进入脑脊液。同时，脾脏通过脑-脾轴参与免疫反应，肾上腺通过下丘脑-垂体-肾上腺轴维持生理稳态，这些机制可能解释了它们与脑脊液的相关性。

相比之下，泪液与气管的相关性最高，其次是胃、前列腺、食管和肺。汗液与所有组织的相关性普遍较低，但与气管、胃和胰腺的相关性相对最高。对于唾液而言，有趣的是，口腔鳞状细胞癌患者的唾液样本与所有组织的相关性均高于健康对照。此外，肺、气管、食管、胸腺和胃是与唾液相关性最高的前5种组织。

研究人员观察到，泪液、汗液和唾液与气管和胃具有高度关联性。唾液通过咽和食管与气管和胃相连，泪液通过鼻泪管与鼻腔相通，进而连接至气管。这种解剖学上的连续性为局部微环境交换提供了基础。同时，气管和胃是黏膜免疫系统的组成部分，而泪液、唾液和汗液都参与黏膜免疫的外周调节，这可能为它们与这些系统的高度相关性提供了理论解释。

特定体液中高表达miRNAs富集于特定功能

通过功能富集分析，研究人员发现脑脊液中上调的miRNAs最显著富集于缺氧反应、自噬和细胞凋亡等功能；而下调的miRNAs则显著富集于细胞分化、细胞粘附和炎症等功能。采用相同方法，研究人员进一步确定了泪液、汗液和唾液中上调和下调miRNAs的富集功能。由于汗液miRNAs数量相对较少，研究人员将这3个差异表达miRNAs合并进行了功能富集分析。

本研究通过分析39种人体组织（排除胎盘）的miRNA表达谱，系统阐述了健康人体组织间的相互关系以及这些组织与脑脊液、泪液、汗液、精液和唾液等多种体液的关系。研究结果进一步证实，不同来源的体液与健康组织呈现特定的关联模式，且与特定组织具有最强的相关性。

研究发现睾丸和大脑在miRNA表达谱上与其他大多数组织差异显著，这一发现与先前在六种大鼠组织中的研究结果一致。研究还揭示了脑脊液、唾液、泪液和汗液中的miRNAs与人体组织存在显著正相关，这与之前关于血浆、血清和尿液miRNAs与组织关系的研究结论相似。

特别值得注意的是，不同来源的体液与特定的健康组织呈现最强的相关性。例如，脑脊液与大脑的关联尤为突出。在脑肿瘤背景下，脑脊液是获取miRNAs的最佳来源，因为它通过与肿瘤组织直接接触获取这些分子。相比之下，血浆虽然也被视为有前景的候选来源，但其可靠性受到血脑屏障的限制。这些发现为开发基于这些体液的miRNA生物标志物提供了重要指导。

综上所述，miRNAs在介导人体组织间以及体液与组织间的通讯中发挥着关键作用，并在不同体液和病理状态下呈现特异性表达模式。作为体液与组织间通讯的重要介质，miRNAs可能成为研究疾病发病机制以及诊断和治疗疾病的潜在候选分子。然而，一些关键问题仍有待未来研究解答，包括不同来源体液与健康组织间关联模式的内在机制、不同体液间miRNA表达是否存在潜在相关性，以及病理状态与健康对照下体液与组织相关性差异的原因等。未来的研究需要收集更广泛的数据集进行深入分析，并重点解析那些在区分体液与其最显著相关组织方面具有判别力的关键miRNAs。