全转录组 RNA 测序揭示阿尔茨海默病转基因模型病理功能障碍的驱动因素：开启多因素治疗新征程

《Molecular Neurobiology》：Whole Transcriptome RNA-Seq Reveals Drivers of Pathological Dysfunction in a Transgenic Model of Alzheimer’s Disease

为探究阿尔茨海默病（AD）病因，研究人员开展了对 APP/PS1 小鼠全转录组 RNA 测序研究。结果发现编码和非编码 RNA 的复杂相互作用，受特定转录因子驱动。这为 AD 多因素治疗提供新方向，有助于开发更有效的疗法。研究结果发表在《Molecular Neurobiology》杂志上。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种令人担忧的神经退行性疾病，全球有超过 5500 万人受其困扰。它不仅严重损害患者的认知和记忆能力，还对家庭和社会造成沉重负担。目前，虽然在理解 AD 病因和发病机制方面取得了一些进展，但现有理论仍无法完全解释散发性 AD 的发展过程。

在这样的背景下，人们逐渐认识到非编码 RNA（non-coding RNA，ncRNA）在健康和疾病中的重要性。ncRNA 数量远超蛋白质编码基因，许多微小 RNA（microRNA，miRNA）、长链非编码 RNA（long non-coding RNA，lncRNA）等已被发现与 AD 的疾病进程相关。然而，目前对 ncRNA 在 AD 中的作用以及蛋白质编码和非编码转录组之间的相互作用了解有限。为了深入探究这些问题，来自新西兰奥塔哥大学（University of Otago）的研究人员开展了一项重要研究。

研究人员利用一种改良的 RNA 测序（RNA-Seq）技术，对 15 月龄的 APP/PS1 小鼠进行全转录组分析。APP/PS1 小鼠携带人源化 APP 转基因（带有瑞典突变）和人早老素 1 基因第 9 外显子缺失，常用于模拟 AD 早期阶段。研究结果发表在《Molecular Neurobiology》杂志上。

研究人员用到的主要关键技术方法包括：动物实验，选用 APPswe/PS1dE9 双转基因小鼠，按照相关伦理规定进行处理和样本采集；RNA 测序，从海马体提取总 RNA 并构建文库进行测序；生物信息学分析，利用多种软件和数据库对测序数据进行处理、分析差异表达基因、探索基因间相互作用等。

下面来看具体的研究结果：

• RNA-Seq 揭示 APP/PS1 与野生型对照小鼠的基因差异表达：通过 RNA-Seq 分析，研究人员发现 15 月龄 APP/PS1 小鼠与野生型小鼠相比，有 20 个基因在错误发现率校正后显著变化，包括 App 和 Psen1。放宽数据分析标准后，差异表达基因增加到 610 个。层次聚类分析表明，差异表达基因能清晰区分转基因小鼠和野生型小鼠。

• RT-qPCR 验证 RNA-Seq 数据：研究人员选取 Cst7、Trem2 和 Tyrobp 基因，通过 RT-qPCR 验证 RNA-Seq 数据，结果显示这些基因在两种检测方法中均呈现差异表达。

• 功能富集分析突出 APP/PS1 小鼠模型中的关键基因簇和通路变化：利用 STRING 对差异表达的 mRNA 进行马尔可夫聚类分析，发现差异表达的蛋白质编码基因主要分为四个主要簇，这些簇与微胶质细胞的广泛变化和补体激活相关。进一步的功能富集分析表明，Cluster 1 包含编码 TGF-β₁及其受体的基因，其表达上调可能是对微胶质细胞反应和神经炎症的一种调节。

• 富集转录因子分析：利用 BART 服务器，研究人员确定了六个差异表达的转录调节因子，这些因子均与微胶质细胞功能、细胞凋亡或自噬相关，可能是基因表达变化的主要调节枢纽。

• RNA-Seq 数据的生物型分析：对差异表达基因集的 RNA 生物型分析显示，328 个来自蛋白质编码基因，还有多种非编码 RNA，如 89 个假基因、37 个小核仁 RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）等。

• 非编码 RNA 的功能富集分析
  

• miRNA：26 个差异表达的 miRNA 中，13 个上调，13 个下调。许多与微胶质细胞功能相关的 miRNA，如抑制微胶质细胞激活的 miR204-5p 等下调，而具有促炎或促凋亡功能的 miRNA 如 miR-146a-5p 等上调。

• 假基因：假基因在差异表达 RNA 中占比第二，但目前对其功能了解较少。

• snoRNA：snoRNA 在差异表达 ncRNA 中占比较大，部分 snoRNA 参与 rRNA 修饰，其变化可能对 AD 病理产生深远影响。

• lncRNA：研究发现 AU020206 和 2410018L13Rik 等 lncRNA 与胆固醇稳态和衰老相关。

• snRNA：7 个差异表达的 snRNA 均上调，其中 Rnu5g 编码的 U5 snRNA 是主要和次要剪接体的组成部分，可能与 AD 病理有关。

• RNA 表达的综合分析 —— 探究 RNA - RNA 相互作用
  

• miRNA 及其 mRNA 靶标：通过分析，发现 15 个 miRNA 与 42 个 mRNA 之间存在 60 个相互作用，且大多数相互作用的方向与 miRNA 的转录抑制作用一致。

• 转录因子和 miRNA 靶标：研究发现 8 个转录因子与 18 个 miRNA 之间存在 58 个相互作用，其中 c-Fos、Junb 等转录因子是控制 miRNA 表达的关键调节因子。

研究结论和讨论部分指出，APP/PS1 小鼠的转录组存在异常，功能富集分析表明微胶质细胞和星形胶质细胞广泛激活，转录因子分析揭示了与神经胶质细胞变化相关的转录控制枢纽。这些发现为 AD 的治疗提供了新的潜在靶点和方向。目前，AD 治疗面临诸多挑战，单一的淀粉样蛋白靶向疗法效果有限。而本研究表明，多因素疗法可能比单一疗法更有效，针对炎症和反应性胶质增生等靶点的治疗可能有助于缓解 AD 症状，甚至预防疾病的发生。同时，研究也存在一些局限性，如对小鼠转录组的了解仍不全面，APP/PS1 小鼠模型与散发性 AD 存在差异等。但总体而言，该研究为 AD 研究开辟了新的道路，为未来的治疗策略提供了重要的理论依据。