CN107937515B - 一种阿尔茨海默的诊疗基因靶点及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阿尔茨海默的诊疗基因靶点及其应用，具体的涉及ARHGAP11A基因及其在诊断和治疗阿尔茨海默疾病中的应用。发明人基于高通量测序结果采用生物信息学方法分析进行基因筛选，挑选出候选基因ARHGAP11A，进一步，通过RT‑PCR方法证实ARHGAP11A基因与阿尔茨海默病具有很好的相关性，可用于制备阿尔茨海默病辅助诊疗制剂，具有重要的临床应用价值。

Description

一种阿尔茨海默的诊疗基因靶点及其应用

技术领域

本发明涉及生物医药领域，具体涉及一种阿尔茨海默诊疗基因靶点及其应用，更具体的涉及ARHGAP11A基因及其在诊断和治疗阿尔茨海默疾病中的应用。

背景技术

阿尔茨海默病(AD)是一种致死性的神经退行性疾病，主要影响人的认知和短时记忆功能，随着疾病发展的进行，病人的日常生活能力会逐渐受到影响，最后丧失生活自理能力。阿尔茨海默病病随着年龄的增加发病几率会成倍增加。由于我国人口老龄化问题的显现，老年人口数量的增多使得该种疾病成为影响我国老年人群生活质量提高的重要因素之一，而阿尔茨海默病病仍然没有有效的治疗方法，提早诊断和治疗有助于延缓疾病进程，因此，寻找阿尔茨海默病病诊断和预测相关的生物标记成显得非常重要。

现在已有的疾病进程诊断方法包括基于问卷的MMSE打分测试，以及针对Aβ淀粉样蛋白的神经元成像检测，还有一些有创方法比如通过分析脑脊液(CSF)中的相关生物分子(Aβ分子，tau蛋白等)来帮助进行AD的诊断，已有研究认为，通过脑脊液中AD生物标识物进行AD的诊断准确率较好，但是存在2个明显的缺点：费用过高，相比外周血相关的生物组织获取过程较难；获取脑脊液对病人造成的痛苦较大，还有可能留下后遗症。相比之下，外周血是一种比较容易获取的生物组织，研究外周血中AD相关的生物学变化就很具有现实意义，现有的专利中已经揭示部分和阿尔茨海默病相关的分子标志物，如ZL2015104636167揭示的YAP1基因，ZL2015104635287揭示的EAPP基因，CN2016104739651揭示的10个与阿尔茨海默病相关的致病基因，但是，上述基因还有待进一步验证。

为解决目前阿尔茨海默分子标记物稀缺的问题，发明人对阿尔茨海默患者及健康人对照外周血样本进行高通量测序，采用生物信息学方法进行基因筛选，挑选出候选基因ARHGAP11A。进一步，本发明进行了RT-PCR方法证实了ARHGAP11A与阿尔茨海默病具有很好的相关性，可用于制备阿尔茨海默辅助诊疗制剂，具有重要的临床应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测ARHGAP11A基因和/或蛋白的试剂在制备阿尔茨海默诊断制剂中的应用。

为实现上述目的，本发明首先通过高通量测序结合生物信息学方法筛选到候选基因ARHGAP11A，进一步通过分子细胞生物学方法验证了ARHGAP11A与阿尔茨海默的关系：ARHGAP11A与阿尔茨海默具有很好的相关性，可用于制备治疗阿尔茨海默制剂和/或阿尔茨海默诊断制剂，具有重要的临床应用价值。

进一步，所述的阿尔茨海默的诊断制剂包括用荧光定量PCR方法、基因芯片方法、测序方法检测阿尔茨海默外周血中ARHGAP11A基因的表达。

荧光定量PCR法是通过荧光染料或荧光标记的特异性的探针，对PCR产物进行标记跟踪，实时在线监控反应过程，结合相应的软件可以对产物进行分析，计算待测样品模板的初始浓度。荧光定量PCR的出现，极大地简化了定量检测的过程，而且真正实现了绝对定量。多种检测系统的出现，使实验的选择性更强。自动化操作提高了工作效率，反应快速、重复性好、灵敏度高、特异性强、结果清晰。

基因芯片又称为DNA微阵列(DNA microarray)，可分为三种主要类型：1)固定在聚合物基片(尼龙膜，硝酸纤维膜等)表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。2)用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。3)在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列，与荧光标记的靶基因杂交进行检测。基因芯片作为一种先进的、大规模、高通量检测技术，应用于疾病的诊断，其优点有以下几个方面：一是高度的灵敏性和准确性；二是快速简便；三是可同时检测多种疾病。

高通量测序(High-throughput sequencing)又称下一代测序技术(nextgeneration sequencing)是对传统测序一次革命性的改变，一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，极大提高了测序效率。这类大规模测序技术极大的提高了多个物种遗传信息的解读速度，为获取所有mRNA的序列信息，解密mRNA图谱提供了保证。同时高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能，所以又被称为深度测序。高通量测序平台的代表是罗氏公司(Roche)的454测序仪(Roch GSFLX sequencer)，Illumina公司的Solexa基因组分析仪(Illumina Genome Analyzer)和ABI的SOLiD测序仪(ABI SOLiDsequencer)。

所述的用于荧光定量PCR方法检测阿尔茨海默中ARHGAP11A基因的产品含有一对特异性扩增ARHGAP11A基因的引物；所述的基因芯片包括与ARHGAP11A基因的核酸序列杂交的探针。

进一步，所述的阿尔茨海默的诊断制剂包括用免疫方法检测ARHGAP11A蛋白的表达。优选所述免疫检测方法检测阿尔茨海默中ARHGAP11A蛋白表达的为western blot和/或ELISA和/胶体金检测方法。

酶联免疫吸附实验(ELISA)即将已知的抗原或抗体吸附在固相载体表面，使酶标记的抗原抗体反应在固相表面进行的技术。该技术可用于检测大分子抗原和特异性抗体等，具有快速、灵敏、简便、载体易于标准化等优点。ELISA检测试剂盒根据检测目的和操作步骤可分为间接法、双抗夹心法、竞争法、双位点一步法、捕获法测IgM抗体、应用亲和素和生物素的ELISA。ELISA检测试剂盒中生色底物可选择辣根过氧化物酶(HRP)或者碱性磷酸酶(AP)。

常用的免疫胶体金检测技术：(1)免疫胶体金光镜染色法细胞悬液涂片或外周血切片，可用胶体金标记的抗体进行染色，也可在胶体金标记的基础上，以银显影液增强标记，使被还原的银原子沉积于已标记的金颗粒表面，可明显增强胶体金标记的敏感性。(2)免疫胶体金电镜染色法可用胶体金标记的抗体或抗抗体与负染病毒样本或外周血超薄切片结合，然后进行负染。可用于病毒形态的观察和病毒检测。(3)斑点免疫金渗滤法应用微孔滤膜作载体，先将抗原或抗体点于膜上，封闭后加待检样本，洗涤后用胶体金标记的抗体检测相应的抗原或抗体。(4)胶体金免疫层析法将特异性的抗原或抗体以条带状固定在膜上，胶体金标记试剂(抗体或单克隆抗体)吸附在结合垫上，当待检样本加到试纸条一端的样本垫上后，通过毛细作用向前移动，溶解结合垫上的胶体金标记试剂后相互反应，当移动至固定的抗原或抗体的区域时，待检物与金标试剂的结合物又与之发生特异性结合而被截留，聚集在检测带上，可通过肉眼观察到显色结果。该法现已发展成为诊断试纸条，使用十分方便。

进一步，所述检测ARHGAP11A蛋白的ELISA法为使用ELISA检测试剂盒。所述试剂盒中的抗体可采用市售的ARHGAP11A单克隆抗体。进一步，所述的试剂盒包括：包被ARHGAP11A单克隆抗体的固相载体，酶标二抗，酶的底物，蛋白标准品，阴性对照品，稀释液，洗涤液，酶反应终止液等。

进一步，所述检测ARHGAP11A蛋白的胶体金法为使用检测试剂盒，所述的抗体可采用市售的ARHGAP11A单克隆抗体。进一步，所述的胶体金检测试剂盒采用胶体金免疫层析技术或胶体金渗滤法。进一步，所述的胶体金检测试剂盒硝酸纤维素膜上的检测区(T)喷点有抗ARHGAP11A单克隆抗体、质控区(C)喷点有免疫球蛋白IgG。

本发明的目的在于提供一种检测阿尔茨海默的荧光定量PCR试剂盒，其特征在于，所述试剂盒检测基因ARHGAP11A，采用特异的上游引物和下游引物，上游引物序列为SEQ IDNO.1，下游引物序列为SEQ ID NO.2。

进一步，该PCR试剂盒适合于目前存在市场上的所有类型荧光定量基因扩增仪，灵敏度高，定量快速准确、稳定性好，具有良好的应用前景。

进一步，上述荧光定量PCR试剂盒组分包括：特异性引物、内参引物、荧光定量PCR反应液。其中所述的特异性引物包括上游引物和下游引物，上游引物序列为SEQ ID NO.1，下游引物序列为SEQ ID NO.2。所述内参引物为β-actin内参引物，上游引物序列为SEQ IDNO.3，下游引物序列为SEQ ID NO.4。

所述的试剂盒还包含RNA抽提试剂。优选Reagent进行样本RNA提取。

本发明还检测了本试剂盒灵敏性，结果显示本试剂盒检测范围为10⁶-10²copies/μl，最小检出浓度为100copies/μl。

本发明目的是提供了一种阿尔茨海默检测试剂盒，所述的检测试剂盒检测ARHGAP11A蛋白。进一步的，所述的试剂盒还包括其他检测试剂。

本发明目的是提供了一种检测阿尔茨海默的基因芯片，所述的基因芯片包括与ARHGAP11A基因的核酸序列杂交的探针。

本发明的目的在于提供ARHGAP11A基因和/或蛋白在制备阿尔茨海默治疗制剂中的应用。

进一步，所述阿尔茨海默治疗制剂是指可以促进ARHGAP11A基因的表达的制剂。本领域人员熟知促进基因的表达通常可以采用下述方法中的一种和/或几种：通过DNA水平调控ARHGAP11A基因：包括但不限于增加ARHGAP11A基因的拷贝数、转染含ARHGAP11A基因的过表达载体；通过转录水平调控ARHGAP11A基因：包括但不限于激活ARHGAP11A基因的表达、激活调控ARHGAP11A基因表达的启动子、抑制负调控ARHGAP11A基因表达的转录因子、采用RNA干扰技术对抑制ARHGAP11A基因表达的抑制子进行干扰；通过转录后水平调控ARHGAP11A基因：包括但不限于抑制促进ARHGAP11A基因mRNA降解的microRNA转录表达、导入促进ARHGAP11A基因表达的microRNA；通过翻译后水平调控ARHGAP11A基因：包括但不限于导入促进ARHGAP11A基因编码蛋白的分子、抑制负调控ARHGAP11A基因表达的蛋白、促进ARHGAP11A基因表达的因子及蛋白的表达。

本发明的目的在于提供一种治疗阿尔茨海默制剂，所述抗阿尔茨海默制剂促进阿尔茨海默患者中ARHGAP11A基因的表达。进一步，所述的治疗阿尔茨海默制剂中含有促进ARHGAP11A基因表达的载体。

附图说明

图1ARHGAP11A基因在阿尔茨海默外周血及健康人外周血中相对表达量图

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照厂商所建议的条件实施检测。

实施例1高通量测序及分析

样本来源于北京协和医院，均征得试验对象知情同意。分别收集15例阿尔茨海默患者外周血样本及9例健康人对照外周血样本，进行RNA提取，RNA提取后琼脂糖凝胶电泳，从电泳结果可以初步判定提取的RNA样品质量合格与否，是否可以用于进一步的转录组分析。进而通过NanoDrop1000分光光度计检测RNA样品的提取情况，RNA-seq测序的样品要求：OD260/OD280为1.8-2.2。

测序平台为Illumina公司的HiSeq 2500高通量测序平台，进行高通量转录组深度测序，测序后我们运用Fast-QC(http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/)软件对测序数据的质量进行整体评估，包括碱基的质量值分布，质量值的位置分布，GC含量，PCR duplication含量，kmer的frequency等。在差异基因表达分析时，根据得到的FPKM值，采用国际公认算法EBSeq进行差异筛选。其中，筛选时，LOG2FC>1或<-1,FDR<0.05。为了更好的理解差异表达基因的功能，我们对差异表达基因进行了Gene Onlogy和信号通路分析，并对差异表达基因进行功能注释和蛋白质互相作用网络分析，鉴于以上数据分析的结果，结合文献我们筛选了下调差异表达基因ARHGAP11A。

实施例2阿尔茨海默患者外周血及健康人外周血ARHGAP11A基因表达情况一材料和方法

1、材料

收集95例阿尔茨海默患者外周血及31例健康人外周血，对其进行分组及编号。

2、方法

2.1阿尔茨海默患者外周血及健康人外周血总RNA的提取

采用Reagent进行样本RNA提取，实验操作按产品说明书进行，具体操作见说明书。

RNA质量判定标准：RNA样本的OD260/OD280值为1.7-2.2之间；总RNA电泳图谱有清晰的28S、18S条带；70℃水浴保温1小时后的电泳图谱与水浴保温前的图谱无明显差异。

2.2逆转录合成cDNA

采用III Reverse Transcriptase(invitrogen，货号18080-044)进行cDNA反转录，实验操作按产品说明书进行，具体操作如下：

使用逆转录试剂盒，用逆转录缓冲液对lμg总RNA进行逆反录合成cDNA。采用25μl反应体系，每个样品取1μg总RNA作为模板RNA，在PCR管中分别加入以下组分：

5×逆转录缓冲液5μl，10mmol/l dNTP 1.25μl，0.1mmol/l DTT 2.5μl，30μmmol/lOligodT 2μl,200U/μl MMLV 1.25μl，模板RNA 1μg，加入灭菌水至总体系25μl。42℃孵育1小时，72℃10分钟，短暂离心。cDNA保存放-20℃冰箱备用。

2.3Real-Time PCR

2.3.1仪器及分析方法

用ABI 7500型荧光定量PCR仪，采用2-△△CT法进行数据的相对定量分析。2.3.2引物设计

ARHGAP11A序列NM_001286479.2，采用在线引物设计软件，引物设计后由invitrogen公司合成。具体引物序列如下：

表1引物序列

操作过程如下：

(一)反应体系：用PowerGreen PCR Master Mix(invitrogen，货号4367659)进行扩增，实验操作按产品说明书进行。扩增程序为：95°10min，(95℃15sec，60℃60sec)×35个循环。

表2 RealTime反应体系

组分	加入量
		2×mix	10μl
上游引物(10uM)	0.5μl
		下游引物(10uM)	0.5μl
模板	2μl
		加入灭菌蒸馏水	至25μl

(二)引物筛选

将各样本cDNA混合后，以此为模板进行5倍梯度稀释，稀释后样品各取2μl作模板，分别用目的基因引物和内参基因引物进行扩增，同时在60-95℃进行融解曲线分析，根据扩增效率高和溶解曲线单峰原则进行引物筛选。

(三)样品RealTimePCR检测

将各样品cDNA10倍稀释后取2μl作模板，分别用目的基因引物和内参基因引物进行扩增。同时在60-95℃进行溶解曲线分析。

二实验结果

实时定量PCR扩增曲线拐点清楚，扩增曲线整体平行性好，表明各反应管的扩增效率相近，极限平而无上扬现在，曲线指数期斜率较大，说明扩增效率较高；样本扩增产物溶解曲线都是单峰，说明扩增产物只有一条，为特异性扩增；根据qRT-PCR的相对定量公式：2-ΔCt×100％，比较ARHGAP11A基因在阿尔茨海默外周血和健康人外周血中的表达水平。结果显示(具体见图1)：qRT-PCR扩增结果稳定，其中ARHGAP11A在阿尔茨海默患者外周血中的表达水平低于健康人外周血，约为对照组的五分之一，以上结果验证了高通量转录组表达数据的整合分析ARHGAP11A在阿尔茨海默外周血中低表达的结果。

本发明采用高通量测序筛选出阿尔茨海默致病相关基因ARHGAP11A，结合分子生物学实验验证，证实了ARHGAP11A在阿尔茨海默疾病中具有重要的作用。本发明为阿尔茨海默临床诊疗提供了新的靶标，具有很好的临床应用前景。

序列表

<110> 北京泱深生物信息技术有限公司

<120> 一种阿尔茨海默的诊疗基因靶点及其应用

<160> 4

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 18

<212> DNA

<213> Homo sapiens

<400> 1

ttgctctcct gtcttctg 18

<210> 3

<211> 19

<212> DNA

<213> Homo sapiens

<400> 3

gctgctgtcc atcttattc 19

<210> 3

<211> 22

<212> DNA

<213> Homo sapiens

<400> 3

agttgcgtta caccctttct tg 22

<210> 4

<211> 21

<212> DNA

<213> Homo sapiens

<400> 4

tcaccttcac cgttccagtt t 21

Claims (11)

1.一种检测ARHGAP11A基因和/或蛋白的试剂在制备阿尔茨海默诊断制剂中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，阿尔茨海默诊断制剂包括用荧光定量PCR方法、基因芯片方法、测序方法检测ARHGAP11A基因的表达的试剂。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，检测外周血中ARHGAP11A基因的表达。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，用于荧光定量PCR方法检测ARHGAP11A基因的诊断制剂含有一对特异性扩增ARHGAP11A基因的引物；用于基因芯片方法检测ARHGAP11A基因的诊断制剂包括与ARHGAP11A基因的核酸序列杂交的探针。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，一对特异性扩增ARHGAP11A基因的引物为SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，阿尔茨海默诊断制剂包括用免疫方法检测ARHGAP11A蛋白的表达。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，免疫方法检测ARHGAP11A蛋白表达的为western blot和/或ELISA检测试剂盒和/或胶体金检测试剂盒。

8.权利要求7所述的应用，其特征在于，ELISA检测试剂盒为间接法、双抗夹心法、竞争法、双位点一步法、捕获法测IgM抗体或应用亲和素和生物素的ELISA检测试剂盒。

9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述诊断制剂包括检测阿尔茨海默的荧光定量PCR试剂盒，所述试剂盒检测基因ARHGAP11A，采用特异的上游引物和下游引物，上游引物序列为SEQ ID NO.1，下游引物序列为SEQ ID NO.2。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，试剂盒组分还包括内参引物、荧光定量PCR反应液。

11.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，试剂盒还包含RNA 抽提试剂。