新分子标记物：助力鉴别二氧化碳中毒与缺氧窒息死因

《Forensic Science, Medicine and Pathology》：New molecular markers to differentiate carbon dioxide intoxication from asphyxia due to oxygen deficiency

在法医学中，二氧化碳（CO2?）中毒和缺氧窒息缺乏特异性尸检结果，鉴别死因困难。研究人员建立小鼠模型，研究脑干 mRNA 表达。结果发现，CO2?中毒时 Nrgn mRNA 表达增加，缺氧窒息时 Ttr mRNA 表达增加，有助于诊断和鉴别诊断。

　　在生活中，一些看似平常的场景却隐藏着致命风险。在酿酒、制冷等行业，或是使用干冰、某些化学混合物时，都可能发生二氧化碳（CO2?）中毒事件。而且，当人处于氧气不足的封闭空间，还可能因缺氧窒息而死亡。目前，仅依靠尸检很难准确判断死因究竟是CO2?中毒还是缺氧窒息。这是因为CO2?中毒患者在形态学和组织学变化出现前就已死亡，尸检没有特异性发现，现有的诊断方法不仅昂贵、耗时，还可能无法得出确切结论。对于缺氧窒息，虽然有一些分子标记物的报道，但大多未应用于实际法医实践。所以，开发新的分子标记物用于死后诊断和鉴别诊断迫在眉睫。

日本鹿儿岛大学（Kagoshima University）的研究人员开展了相关研究。他们建立了CO2?中毒和缺氧窒息的小鼠模型，研究脑干中 mRNA 的表达变化，旨在找到可用于鉴别诊断的分子标记物。研究结果表明，Neurogranin（Nrgn）mRNA 在CO2?中毒小鼠脑干中的表达显著增加，Transthyretin（Ttr）mRNA 在缺氧窒息小鼠脑干中的表达显著增加。这意味着检测人体脑干中 Nrgn 和 Ttr 的表达，或许能分别辅助诊断CO2?中毒和缺氧窒息，对法医学死因判断具有重要意义。该研究成果发表在《Forensic Science, Medicine and Pathology》杂志上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，使用实验动物麻醉装置调节CO2?、O2?和N2?浓度，构建小鼠模型；然后，对保存的脑干样本进行 RNA 测序（RNA - Seq）分析，筛选差异表达基因；接着，提取脑干样本总 RNA，合成互补 DNA（cDNA），进行定量实时聚合酶链式反应（qRT - PCR）检测基因表达；最后，通过统计分析评估数据差异的显著性。

研究结果如下：

• 模型建立：研究人员通过测试不同CO2?和O2?分压下小鼠的存活率，确定了各模型的气体组成。CO2?中毒模型（Group B）为 70% CO2?、20% O2?和 10% N2? ；高CO2?/ 缺氧模型（Group C）为 30% CO2?、10% O2?和 60% N2?；缺氧模型（Group D）为 0% CO2?、5% O2?和 95% N2?。
• RNA - Seq 分析：经 RNA - Seq 分析，发现 182 个基因在不同组间表达存在显著差异。基于基因产物在CO2?中毒和缺氧窒息中的生物学作用，筛选出 7 个候选基因：Acid - sensing ion channel 4（Asic4）、Early growth response protein 1（Egr1）、Neurogranin（Nrgn）、Opioid receptor delta 1（Oprd1）、Semaphorin 3f（Sema3f）、Transthyretin（Ttr）和 Tryptophan hydroxylase 2（Tph2）。
• qRT - PCR 分析：对这 7 个基因进行 qRT - PCR 分析。结果显示，Asic4 在CO2?中毒组（Group B）、高CO2?/ 缺氧组（Group C）和缺氧组（Group D）的表达均显著低于对照组（Group A），但这三组间无显著差异；Egr1 在 Group B 中的表达显著高于 Group A 和 Group C，但 Group B 和 Group D 间无显著差异；Nrgn 仅在 Group B 中的表达显著高于其他三组；Ttr 仅在 Group D 中的表达显著高于其他三组；Oprd1、Sema3f 和 Tph2 在四组间的表达无显著差异。

研究结论和讨论部分指出，Nrgn 在CO2?中毒组特异性高表达，可能是由于CO2?中毒引发呼吸性酸中毒所致，有望成为CO2?中毒的诊断标记物；Ttr 在缺氧组显著高表达，可能是对神经元的一种保护反应，是缺氧的潜在诊断标记物。而 Egr1 因在缺氧时也有表达增加的趋势，不能作为CO2?中毒的特异性诊断标记物；Asic4 在所有实验组均降低，无法用于鉴别诊断。此外，研究也存在一定局限性，如未确定表达变化细胞的类型，需在人体尸检样本中进一步验证，且实际暴露情况与实验有差异。尽管如此，该研究首次发现 Nrgn 和 Ttr 作为CO2?中毒和缺氧窒息潜在诊断标记物的可能性，为法医学死因鉴别诊断开辟了新方向，有助于推动法医学分子诊断技术的发展，提高死因判断的准确性 。