CN105925716A - 基因标记物在脑卒中诊断中的应用 - Google Patents

基因标记物在脑卒中诊断中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基因标记物在脑卒中诊断中的应用，具体的为C19ORF48基因在缺血性脑卒中诊断中的应用，C19ORF48基因在脑卒中患者中呈低表达，通过检测C19ORF48基因的表达水平可以判断患者是否患有缺血性脑卒中或者患缺血性脑卒中的风险，从而实现缺血性脑卒中的早发现早治疗。

Description

基因标记物在脑卒中诊断中的应用
技术领域
本发明属于生物技术领域，涉及基因标记物在脑卒中诊断中的应用，具体地涉及C19ORF48基因在缺血性脑卒中诊断中的用途。
背景技术
脑卒中作为全球的重大公共卫生问题，是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，也是危害人类健康的主要疾病之一。脑卒中己成为世界范围内的第二大致死原因和致残的首要原因。由于卒中所导致死亡的人群中，超过三分之二集中于发展中国家。有资料显示，我国约2.3亿人患心血管病，脑卒中患者超过700万。一项包含169,871位40岁及以上的成年人的前瞻性队列研究结果显示，脑卒中位居男性的第3位死因和女性的第2位死因，男性脑卒中死亡率占总死亡的21.6％，女性卒中死亡率占总死亡的20.8％。脑卒中的高发病率、高复发率、高致残率和高致死率，给患者家庭和社会造成了沉重的负担。有资料显示，我国每年用于治疗脑卒中的费用高达数百亿元人民币，脑卒中己经成为我国重要的疾病负担和重大的公共卫生问题。
缺血性脑卒中(ischemic stroke，IS)占所有脑卒中的70-80％。IS发病率高，病情危重，由于病因及发病机制尚未完全明确，且临床上理想的治疗手段有限，使得其死亡率和致残率亦较高。目前临床上对于IS的治疗主要分为溶栓类药物治疗和神经保护类药物治疗两种方法。其中，溶栓类药物治疗是迄今为止唯一被认为确切有效的方法，但因治疗时间窗较短而出血风险高，目前仅有约5％患者能获得有效的溶栓治疗。神经保护类药物的研发则进展缓慢，临床多用于IS的辅助治疗。此外，针对兴奋性氨基酸样神经递质、活性氧自由基等病因假说设计的拮抗剂(如甘氨酸抑制剂GV150526、自由基清除剂NXY-059等)治疗均尚未取得明显临床疗效，提示我们需从新的角度和方向对急性脑缺血的病理机制进行深入探讨，以寻求临床治疗的新突破。
缺血性脑卒中是遗传因素和环境因素共同作用的多因子复杂疾病，除了环境因素的影响以外，遗传因素在脑卒中的发病过程中起着十分重要的作用，现有许多分子遗传学研究也表明了脑卒中的发生具有很高的遗传易感性。遗传因素可能是通过对传统因素的诱发，或者作为独立风险因素，最终影响到组织器官。
目前，越来越多的候选基因通过关联研究在缺血性脑卒中被相继报道，这些基因主要涉及到了参与内皮细胞一氧化氮合成酶的释放、肾素一血管紧张素一醛固酮系统、同型半胱氨酸代谢、凝血一纤溶系统和免疫炎症等通路。尽管现在缺血性脑卒中的研究取得了一定的进展，但是该进展尚处于科学研究阶段，临床上并没有有效的分子标志物用于缺血性脑卒中的早期诊断。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明的目的之一，提供一种缺血性脑卒中的诊断标志物；
本发明的目的之二，提供一种诊断产品，实现缺血性脑卒中的早期诊断。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了C19ORF48基因及其表达产物在制备诊断缺血性脑卒中的产品中的应用。
进一步，所述的产品通过检测C19ORF48基因及其表达产物的表达水平来诊断缺血性脑卒中。
进一步，检测C19ORF48基因及其表达产物的表达水平的方法包括：RT-PCR、实时定量PCR、免疫检测、原位杂交或微阵列芯片。
其中，所述用RT-PCR诊断缺血性脑卒中至少包括一对特异扩增C19ORF48基因的引物；所述用实时定量PCR诊断缺血性脑卒中至少包括一对特异扩增C19ORF48基因的引物；所述用免疫检测诊断缺血性脑卒中包括：与C19ORF48蛋白特异性结合的抗体；所述用原位杂交诊断缺血性脑卒中包括：与C19ORF48基因的核酸序列杂交的探针；所述用微阵列芯片诊断缺血性脑卒中包括：蛋白芯片和基因芯片；其中，蛋白芯片包括与C19ORF48蛋白特异性结合的抗体，基因芯片包括与C19ORF48基因的核酸序列杂交的探针。
进一步，所述产品包括芯片和/或试剂盒；其中所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述试剂盒包括基因检测试剂盒、蛋白免疫检测试剂盒。
进一步，所述基因检测试剂盒至少包括一对特异性扩增C19ORF48基因的引物。在本发明的具体实施方式中，所述特异性扩增C19ORF48基因的引物如SEQID NO.5和SEQ ID NO.6所示。
本发明提供了一种诊断缺血性脑卒中的产品，所述的产品能够通过检测C19ORF48基因及其表达产物的表达水平来诊断缺血性脑卒中。
进一步，上面所述的产品包括芯片、或试剂盒。其中，所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述基因芯片包括固相载体以及固定在固相载体上的寡核苷酸探针，所述寡核苷酸探针包括用于检测C19ORF48基因转录水平的针对C19ORF48基因的寡核苷酸探针；所述蛋白质芯片包括固相载体以及固定在固相载体上的C19ORF48蛋白的特异性抗体；所述试剂盒包括基因检测试剂盒和蛋白免疫检测试剂盒；所述基因检测试剂盒包括用于检测C19ORF48基因转录水平的试剂；所述蛋白免疫检测试剂盒包括C19ORF48蛋白的特异性抗体。其中，所述基因芯片可用于检测包括C19ORF48基因在内的多个基因(例如，与缺血性脑卒中相关的多个基因)的表达水平。所述蛋白质芯片可用于检测包括C19ORF48蛋白在内的多个蛋白质(例如与缺血性脑卒中相关的多个蛋白质)的表达水平。通过将多个与缺血性脑卒中的标志物同时检测，可大大提高缺血性脑卒中诊断的准确率。
进一步，所述基因检测试剂盒包含SYBR Green聚合酶链式反应体系、用于扩增管家基因和C19ORF48基因的引物对；所述SYBR Green聚合酶链式反应体系包含：PCR缓冲液、dNTPs、SYBR Green荧光染料。
进一步，所述管家基因为GAPDH，扩增GAPDH的引物对如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示，所述扩增C19ORF48基因的引物对如SEQ ID NO.5和SEQ IDNO.6所示。
在本发明中，术语“抗体”覆盖单克隆抗体、多克隆抗体、多特异性抗体(例如双特异性抗体)、及抗体片段、组合抗体等，只要它们展现出期望的生物学活性即可。“单克隆抗体”指从一群基本上同质的抗体获得的抗体，即构成群体的各个抗体相同和/或结合相同表位，除了生产单克隆抗体的过程中可能产生的可能变体外，此类变体一般以极小量存在。此类单克隆抗体典型的包括包含结合靶物的多肽序列的抗体，其中靶物结合多肽序列是通过包括从众多多肽序列中选择单一靶物结合多肽序列在内的过程得到的。
单克隆抗体还包括“嵌合”抗体，其中重链和/或轻链的一部分与衍生自特定物种或属于特定抗体类别或亚类的抗体中的相应序列相同或同源，而链的剩余部分与衍生自另一物种或属于另一抗体类别或亚类的抗体中的相应序列相同或同源，以及此类抗体的片段，只要它们展现出期望的生物学活性即可。
“抗体或抗体片段”指无论自天然生成抗体的任何物种衍生，还是通过重组DNA技术创建；无论自血清、B细胞、杂交瘤、转染瘤、酵母或细菌分离的抗体(例如IgG、IgM、IgA、IgD或IgE)或片段(诸如Fab、F(ab’)2、Fv、二硫化物连接的Fv、scFv、闭合构象多特异性抗体、二硫化物连接的scFv、双抗体)。
在本发明中，术语“探针”指能与另一分子的特定序列或亚序列或其它部分结合的分子。除非另有指出，术语“探针”通常指能通过互补碱基配对与另一多核苷酸(往往称为“靶多核苷酸”)结合的多核苷酸探针。根据杂交条件的严谨性，探针能和与该探针缺乏完全序列互补性的靶多核苷酸结合。探针可作直接或间接的标记，其范围包括引物。杂交方式，包括，但不限于：溶液相、固相、混合相或原位杂交测定法。
在本发明中，术语“微阵列”是杂交阵列原件有序排列在基质上，所述杂交阵列原件诸如聚核苷酸探针(例如寡核苷酸)或结合剂(例如抗体)。所述基质可以是固体基质，例如，玻璃或二氧化硅玻片、珠、纤维光学粘结剂或半固态基质，例如硝酸纤维素膜。核苷酸序列可以是DNA、RNA或其中的任何排列。
各种探针阵列已经描述在文献中并且可以用于本发明上下文中检测可能与本文所述表型相关的标志物。例如，DNA探针阵列芯片或较大的DNA探针阵列晶片(否则，可以通过打断晶片而获得各个体芯片)用于本发明的一个实施方案。DNA探针阵列晶片一般包含玻璃晶片，其上放置了高密度DNA探针(短DNA片段)阵列。这些晶片各自可以保持例如约6000万个用于识别较长样品DNA序列(例如，来自个体或群体，例如，包含所关注的标志物)的DNA探针。用玻璃晶片上的DNA探针组识别样品DNA通过DNA杂交进行。当DNA样品与DNA探针阵列杂交时，样品结合于样品DNA序列互补的那些探针。通过评价个体样品DNA与那些探针更稳固地杂交，有可能确定已知的核酸序列是否存在于样品中，由此确定核酸中发现的标志物是否存在。还可以使用这一手段通过控制杂交条件以允许区别单一核苷酸，例如，用于SNP鉴定和一种或多种SNP的样品基因分型来进行ASH。阵列提供了一种同时(或串连)检测多个多态性标志物的便利性实施方案。
上述探针具有与靶点基因的特定的碱基序列互补的碱基序列。这里，所谓“互补”，只要是杂交即可，可以不是完全互补。这些多核苷酸通常相对于该特定的碱基序列具有80％以上、优选90％以上、更优选95％以上、特别优选100％的同源性。这些探针可以是DNA，也可以是RNA，另外，可以为在其一部分或全部中核苷酸通过PNA、LNA、ENA、GNA、TNA等人工核酸置换得到的多核苷酸。
在本发明的上下文中，“C19ORF48基因”包括人C19ORF48基因以及人C19ORF48基因的任何功能等同物的多核苷酸。C19ORF48基因包括与目前国际公共核酸序列数据库GeneBank中C19ORF48基因(NC_000019.10)DNA序列具有70％以上同源性，且编码相同功能蛋白质的DNA序列；在本发明的具体实施方案中，所述C19ORF48基因的编码序列是SEQ ID NO.1所示的DNA序列。
本发明的C19ORF48基因可以是天然的或是人工合成的，或者使用可以表达C19ORF48的DNA片段的载体转染细胞获得。所述载体所述载体包括病毒载体、真核表达载体。
病毒载体可以是任何适当的载体，包括但不限于逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺病毒相关病毒载体、疱疹病毒(例如单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒)载体、甲病毒载体。真核表达载体可以是任何适当的表达载体，包括但不限于pCMV-Myc表达载体、pcDNA3.0表达载体、pcDNA3.1表达载体、pEGFP表达载体、pEF Bos表达载体、pTet表达载体、pTRE表达载体、或者在公知表达载体的基础上经改造的载体，比如pBin438、pCAMBIA1301等。
在本发明的上下文中，C19ORF48基因表达产物包括人C19ORF48蛋白以及人C19ORF48蛋白的部分肽。所述C19ORF48蛋白的部分肽含有与缺血性脑卒中相关的功能域。
“C19ORF48蛋白”包括C19ORF48蛋白以及C19ORF48蛋白的任何功能等同物。所述功能等同物包括C19ORF48蛋白保守性变异蛋白质、或其活性片段，或其活性衍生物，等位变异体、天然突变体、诱导突变体、在高或低的严格条件下能与人C19ORF48的DNA杂交的DNA所编码的蛋白质。在本发明的具体实施方案中，所述C19ORF48蛋白是具有SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列的蛋白质。
术语“在严格条件下杂交”意图描述彼此至少50％同源的编码受体的核苷酸序列通常仍彼此杂交的杂交和清洗条件。该条件可以使得彼此至少约65％、至少约70％、或至少约75％或更多同源的序列通常仍彼此杂交。此类严格条件是本领域技术人员已知的，而且可以参见Current Protocols m Molecular Biology，John Wiley&Sons，N.Y.(1989)，6.3.1-6.3.6，通过提及而将其完整收入本文。严格杂交条件的一个例子是在6×氯化钠/柠檬酸钠(SSC)中于约45℃杂交，接着在0.2SSC，0.1％SDS中于50-65℃进行一次或多次清洗。
杂交反应的“严格性”容易为本领域普通技术人员所确定，并且通常取决于探针长度、洗涤温度和盐浓度凭经验计算。一般而言，较长的探针需要较高的温度用于正确的退火，而较短的探针则需要较低的温度。当互补链存在于低于它们解链温度的环境中时，杂交通常取决于变性DNA重新退火的能力。探针和能杂交的序列之间的期望同源性程度越高，就可使用越高的相对温度。作为结果，更高的相对温度趋向于使反应条件更加严格，而更低的温度则更不严格。
本发明的优点和有益效果：
本发明首次发现了C19ORF48基因表达与缺血性脑卒中的发生发展相关，研究C19ORF48基因在揭示缺血性脑卒中的发病机制方面起到重要的作用。
本发明发现了一种诊断缺血性脑卒中的产品，所述产品通过检测C19ORF48基因及其表达产物的水平来判断受试者是否患有缺血性脑卒中或者判断受试者是否存在患缺血性脑卒中的风险。
附图说明
图1显示高通量测序检测C19ORF48基因在缺血性脑卒中患者中的表达情况；
图2显示利用QPCR检测C19ORF48基因在缺血性脑卒中患者中的表达情况。
具体的实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如Sambrook等人，分子克隆：实验室手册(New York:ColdSpring HarborLaboratory Press,1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1 筛选与缺血性脑卒中相关的基因标志物
1、样品收集
各收集10例正常人血液和缺血性脑卒中患者血液样本，上述所有标本的取得均通过伦理委员会的同意，并获得受试者的知情同意。
2、RNA样品的制备及质量分析
2.1 RNA样品的制备
使用Promega公司的RNA提取试剂盒提取总RNA。具体步骤如下：
1)取1ml收集在肝素或EDTA处理过的试管中的全血，放进无菌离心管中；
2)收集血细胞：3000rpm(400g)离心5min，小心地从样品顶部吸走上清；
3)加1ml血细胞裂解液，小心吸放4-5次，重悬沉淀物；
4)3000rpm离心5min；
5)重复步骤3)和4)两次(共三次)；
6)避开细胞沉淀物，小心吸走几乎所有上清，只保留100μl上清液；确认一下BME已经加到RNA裂解液中，然后加175μl RNA裂解液到细胞中，吸放重悬并裂解细胞；
7)加350μl RNA稀释液，颠倒混合3-4次；
8)置于70℃水浴中3min；
9)室温下13000g离心10min；
10)将清亮裂解物转移到一支无菌离心管中；
11)向澄清裂解液中加入200μl 95％乙醇，用移液枪吸放3-4次以混合；将此混合物转移到离心柱装配体中，13000g离心1min；
12)从离心柱装配体上拿下离心柱，弃去收集管中的液体，将离心柱装回到收集管上，确认一下RNA Wash Solution已用乙醇稀释，加600μl RNA洗涤液于离心柱装配体，13000g离心1min；
13)弃去收集管中的液体，将离心柱装回到收集管上，将50μl新鲜制备的DNase孵育混合物直接加到离心柱内的膜上；
14)室温下孵育15min，向离心柱中加入200μl DNA酶终止缓冲液(确认已加入乙醇)，13000g离心1min；
15)加入600μl RNA洗涤液(已加入乙醇)，13000g，离心1min；
16)清空收集管，向离心柱内加入250μl RNA洗涤液(已加入乙醇)，高速离心2min；
17)将离心柱从收集管上转移到洗脱管上，向膜上加100μl无核酸酶水，将离心柱装配体放进离心机并使洗脱管的盖子朝外，13000g离心1min，丢弃离心柱，盖好盛有RNA的洗脱管，存于-70℃。
2.2 RNA样品的质量分析(NanoDrop1000分光光度计)
NanoDrop1000分光光度计检测RNA样品，RNA-seq测序的样品要求：OD260/OD280为1.8-2.2。
2.3 RNA样品的质量分析(Agilent Technologies 2100 Bioanalyzer)
将上述提取的RNA进行琼脂糖凝胶电泳，Agilent Technologies 2100Bioanalyzer检测RNA样品质量，观察28S rRNA和18S rRNA主带明显、无降解、RNA完整性指数合格、浓度达到要求的符合RNA-seq测序cDNA文库构建的要求，可以用于文库构建及测序。
3、高通量转录组测序
3.1 RNA-seq读段定位
首先将低质量的读段去除得到清洁读段，然后利用TopHat v1.3.1将清洁片段与UCSC H.sapiens参考基因组(hg19)进行匹配，H.sapiens UCSC hg19版的预先构建的索引从TopHat主页下载，并作为参考基因组，利用TopHat与基因组匹配时，允许每个读段(默认到20)有多个匹配位点，最多2次错配。TopHat根据外显子区域和GT-AG剪切信号建立可能的剪切位点库，根据这些剪切位点库将没有定位到基因组的读段定位到基因组上。我们使用TopHat方法的系统默认参数。
3.2 转录丰度评估
匹配上的读段文件通过Cufflinks v1.0.3处理，Cufflinks v1.0.3将RNA-seq片段数目进行标准化计算转录本的相对丰度。FPKM值指的是每一百万测序片段中匹配到特定基因1kb长的外显子区域的片段数目。通过贝叶斯推理方法计算FPKM估计值的置信区间。Cufflinks使用的参考的GTF注释文件从Ensembl数据库下载(Homo_sapiens.GRCh37.63.gtf)。
3.3 差异表达基因的检测
将下载的Ensembl GTF文件和通过TopHat匹配的原始文件传输到Cuffdiff，Cuffdiff使用原始的匹配文件重新估算GTF文件中列出的转录本的表达丰度，检测差异表达。在Cuffidff输出中只有q值＜0.01，测试显示成功的比较才被认为是差异表达。
4、结果
RNA-seq结果如图1所示，C19ORF48基因在缺血性脑卒中患者血液中的表达水平显著低于正常人的表达量，差异具有统计学意义(P<0.05)。
实施例2 QPCR测序验证C19ORF48基因的差异表达
1、根据高通量测序的检测结果选择C19ORF48基因进行大样本QPCR验证。按照实施例1中的样本收集方式选择缺血性脑卒中患者血液和正常人血液各80例。
2、RNA提取步骤同实施例1。
3、逆转录：使用TAKARA公司的反转录试剂盒进行操作。具体步骤如下：
(1)取总RNA 2μg进行逆转录，加入Oligo(dT)2μl，充分混匀；70℃水浴；5min后立即冰浴2-3min；
(2)构建25μl反应体系，其中包括5×逆转录缓冲液5μl，dNTP(2.5mM)5μl，RNasin 40U/μl，M-MLV 200U/μl，补无核酶水至25μl；
(3)42℃水浴60min后，95℃水浴5min以灭活M-MLV；
(4)-20℃储存备用。
4、QPCR扩增
(1)引物设计
根据Genebank中C19ORF48基因和GAPDH基因的编码序列设计QPCR扩增引物，由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。具体引物序列如下：
GAPDH基因：
正向引物为5’-CTCTGGTAAAGTGGATATTGT-3’(SEQ ID NO.3)；
反向引物为5’-GGTGGAATCATATTGGAACA-3’(SEQ ID NO.4)。
C19ORF48基因：
正向引物为5’-AGGAGAAGGTGGATAAGT-3’(SEQ ID NO.5)；
反向引物为5’-CTGGTCACAATAGGGAAG-3’(SEQ ID NO.6)。
(2)按照表1配制PCR反应体系：
其中，SYBR Green聚合酶链式反应体系购自Invitrogen公司。
表1 PCR反应体系
试剂 体积
正向引物 1μl
反向引物 1μl
SYBR Green聚合酶链式反应 12.5μl
模板 2μl
去离子水 补足25μl
(3)PCR反应条件：95℃ 10min，(95℃ 15s，60℃ 60s)×45个循环。以SYBR Green作为荧光标记物，在Light Cycler荧光定量PCR仪上进行PCR反应，通过融解曲线分析和电泳确定目的条带，ΔΔCT法进行相对定量。
5、统计学方法
实验采用3次重复实验，结果数据都是以平均值±标准差的方式来表示，使用SPSS18.0统计软件来进行统计分析的，两者之间的差异采用t检验，认为当P<0.05时具有统计学意义。
6、结果
结果如图2所示，与正常人血液相比，C19ORF48基因在缺血性脑卒中患者血液中的表达下调，差异具有统计学意义(P<0.05)，同RNA-sep结果一致。
上述实施例的说明只是用于理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也将落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.C19ORF48基因及其表达产物在制备诊断缺血性脑卒中的产品中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的产品通过检测C19ORF48基因及其表达产物的表达水平来诊断缺血性脑卒中。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，检测C19ORF48基因及其表达产物的表达水平的方法包括：RT-PCR、实时定量PCR、免疫检测、原位杂交或微阵列芯片。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述产品包括芯片和/或试剂盒；其中所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述试剂盒包括基因检测试剂盒、蛋白免疫检测试剂盒。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述基因检测试剂盒至少包括一对特异性扩增C19ORF48基因的引物。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述特异性扩增C19ORF48基因的引物如SEQ ID NO.5和SEQ ID NO.6所示。
7.一种诊断缺血性脑卒中的产品，其特征在于，所述的产品能够通过检测C19ORF48基因及其表达产物的表达水平来诊断缺血性脑卒中。
8.根据权利要求7所述的产品，其特征在于，所述产品包括芯片、或试剂盒；其中，所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述试剂盒包括基因检测试剂盒和蛋白免疫检测试剂盒。
9.根据权利要求8所述的产品，其特征在于，所述基因检测试剂盒包含SYBRGreen聚合酶链式反应体系、用于扩增管家基因和C19ORF48基因的引物对；所述SYBR Green聚合酶链式反应体系包含：PCR缓冲液、dNTPs、SYBR Green荧光染料。
10.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，所述管家基因为GAPDH，扩增GAPDH的引物对如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示，所述扩增C19ORF48基因的引物对如SEQ ID NO.5和SEQ ID NO.6所示。
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