CN113444787A - 一种自闭症的脂质生物标志物及其应用 - Google Patents
一种自闭症的脂质生物标志物及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及疾病诊断领域,尤其涉及一种自闭症的脂质生物标志物及其应用。本发明公开了髓鞘形成在自闭症中的作用,发现髓鞘化减少可能是自闭症发病的重要原因。鞘磷脂(sphingomyelin,SM)和己糖基神经酰胺(hexosyl ceramide,CerG1)是组成髓鞘的两类重要的脂质。脂质组学结果显示,自闭症模型小鼠中长脂酰链的鞘磷脂和己糖基神经酰胺的含量显著下降。这两类脂质,可以作为自闭症诊断的潜在生物标志物,具有重要的临床前景和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及疾病诊断领域,尤其涉及一种自闭症的脂质生物标志物及其应用。
背景技术
自闭症谱系障碍(autism spectrum disorders,ASD)是一种发育障碍,其特征在于与他人的沟通和互动困难,利益受限,重复行为和智力障碍。据估计,全球ASD的患病率为0.76%,而我国ASD的患病率约为1.28%。尽管尚不清楚ASD的确切原因,但遗传变异和环境因素的组合已被确定为ASD的危险因素。其中,在16p11.2基因座中长度约为600k碱基对的区域,其缺失是ASD中最常见的现象之一,发生率约为1/2000。
有趣的是,证据表明,由于遗传和环境因素的影响,自闭症的发病机理与脂质代谢异常之间具有很强的相关性。ASD患者大脑中,白质过度生长,引起过度髓鞘化。磁共振成像(MRI)显示,ASD患者大脑在几个白质区中纤维密度降低,而ASD症状的严重程度与白质发育改变有关。此外,在Cyfip1+/-大鼠(ASD的一种动物模型)中,胼胝体髓鞘厚度减少,成熟少突胶质细胞数量减少。因此,髓鞘变化在ASD发病机理中发挥重要作用。然而,关于自闭症中髓鞘的脂质组成,文献报道较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种自闭症的脂质生物标志物及其应用。
本发明采取的技术方案为:16p11.2+/-小鼠纹状体中髓鞘厚度减少;转录组以及qRT-PCR结果验证髓鞘相关基因的转录水平显著降低。脂质组学结果表明,长脂酰链SM和CerG1的含量显著下降,揭示了自闭症动物模型纹状体的髓鞘相关的脂质组学变化,旨在提供ASD小鼠模型的脂质生物标志物,这具有重要的临床前景和经济价值。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:提供一种自闭症的分子生物标志物组合,所述分子生物标志物组合包括髓鞘相关基因Mag、Mog、Mbp、Plp1和Cnpase。
本发明同时提供一种自闭症的分子生物标志物组合在制备诊断自闭症的试剂中的应用,所述分子生物标志物组合包括髓鞘相关基因Mag、Mog、Mbp、Plp1和Cnpase。
作为本发明所述应用的优选实施方式,所述试剂中包括能够特异性检测所述分子生物标志物是否表达的分子。
作为本发明所述应用的优选实施方式,所述分子为能够特异性扩增所述髓鞘相关基因的引物。
作为本发明所述应用的优选实施方式,所述引物的序列如SEQ ID NO:1~SEQ IDNO:10所示。
本发明同时提供一种自闭症的脂质生物标志物组合,所述脂质生物标志物组合包括长脂酰链SM和CerG1。
本发明还提供一种自闭症的脂质生物标志物组合在制备诊断自闭症的试剂中的应用,所述脂质生物标志物组合包括长脂酰链SM和CerG1。
本发明的有益效果:
本发明发现,16p11.2+/-小鼠纹状体的髓鞘厚度减少,髓鞘相关基因的表达降低。进一步,脂质组学结果显示,16p11.2+/-小鼠纹状体中,长脂酰链的SM和CerG1的含量显著下降。本发明首次揭示了自闭症动物模型纹状体的髓鞘相关的脂质组学变化。
附图说明
图1:16p11.2+/-纹状体中的髓鞘染色。纹状体轴突周围的轴突和髓鞘的EM成像(A)。轴突直径在16p11.2+/-纹状体中没有改变(B)。髓鞘厚度在16p11.2+/-纹状体中减小(C)。g-ratio在16p11.2+/-纹状体中增加(D)。
图2:髓鞘相关基因在16p11.2+/-纹状体中的表达。P60 16p11.2+/-小鼠和野生型(WT)小鼠纹状体组织的RNAseq分析显示16p11.2+/-纹状体(A)中一组髓鞘相关基因的表达显著降低。qRT-PCR证实16p11.2+/-纹状体(B)中的Mag,Mog,Mbp,Plp1和Cnpase mRNA水平降低。
图3:16p11.2+/-小鼠纹状体中的脂质组学图。用来自16p11.2+/-和WT小鼠的纹状体组织进行脂质组学分析。共检测到32种脂类和1218种脂类。所有检测到的脂质类别均显示在(A)中;数字代表检测到的脂质数量(A)。在甘油脂家族中,DG的类别降低,而16p11.2+/-纹状体中的MG和TG不变(B)。在糖脂家族中,在16p11.2+/-纹状体(C)中,SQDG类别降低,但MGDG类别未改变。在鞘脂家族中,CerG1有降低的趋势,而SM则显著降低,但其它脂质类别在16p11.2+/-纹状体(D)中没有改变。
图4:在16p11.2+/-纹状体中的脂肪酰(A),固醇类脂质(B),孕烯醇酮脂类(C)和甘油磷脂(D)的脂类分布没有改变。
图5:SM和CerG1在16p11.2+/-纹状体中的分布。从纹状体脂质组学分析中鉴定出的SM物种(A)和CerG1物种(C)以热图的形式显示(按碳链数排列)。灰色标记的脂质显著改变。绘制显著变化的SM种类(B)和CerG1种类(D),并做进一步分析。
具体实施方式
为更清楚地表述本发明的技术方案,下面结合具体实施例进一步说明,但不能用于限制本发明,此仅是本发明的部分实施例。
本发明中使用的16p11.2+/-小鼠,它具有典型的自闭症表型,包括过度运动和社交障碍。
实施例1 16p11.2+/-小鼠纹状体髓鞘微结构改变
将小鼠用0.1g/ml水合氯醛麻醉,先用20ml 1X磷酸盐缓冲盐水(PBS)进行心脏灌注,再用60ml固定剂(1X PBS中的4%PFA+2.5%戊二醛)进行灌注。取出大脑,并使用脑模具采集纹状体,然后将其转移到装有新鲜TEM固定剂(Servicebio)的EP管中进行进一步固定,4℃下进行保存和运输。
将组织用0.1M PB(pH 7.4)洗涤3次,每次15分钟,然后在室温下避开光照,在0.1MPB(pH 7.4)中的1%OsO4固定2小时。除去OsO4后,将组织在0.1M PB(pH 7.4)中冲洗3次,每次15分钟。如下将组织在室温下脱水:30%乙醇20分钟;50%乙醇20分钟;70%乙醇处理20分钟;80%乙醇浸泡20分钟;95%乙醇处理20分钟;两次更换100%乙醇,持续20分钟;两次更换丙酮15分钟。将组织用树脂包埋,并移入65℃的烤箱中聚合48小时以上。从取出组织块,并在切片机(Leica UC7)上将其切成60-80nm的厚度。然后将这些组织放置于150目铜质筛网上。
将组织在避光的2%乙酸铀饱和醇溶液中染色8分钟,在70%乙醇中漂洗3次,然后在纯水中漂洗3次。在2.6%的柠檬酸铅中将组织染色8分钟,然后用纯水冲洗3次。用滤纸干燥后,将铜格板放入格板中,并在室温下干燥过夜。在TEM下观察铜质网格并拍摄图像。最后,使用ImageJ分析图像。我们测量了内径(轴突直径)和外径,其中髓鞘厚度=外径-内径,而g-ratio=内径/外径。
我们发现在16p11.2+/-小鼠中轴突直径没有改变。但是,髓鞘的厚度(p<0.05)减小,而g-ratio(p<0.05)增加,这表明髓鞘变薄(图1)。
实施例2髓鞘相关基因在16p11.2+/-小鼠纹状体中的表达变化
(1)RNA测序
在出生后60天使用了4只野生型(WT)雌性小鼠和4只16p11.2+/-雌性小鼠。用0.1g/ml水合氯醛(Macklin,上海)对小鼠进行终末麻醉,将纹状体组织切出并立即冷冻在液氮中。RNA提取和RNA测序(RNAseq)分析是由Applied Protein Technology Co.进行的。简而言之,使用TRIzol RNA分离试剂分离总RNA,并用无RNase的DNase I处理以去除基因组DNA。每个样品总共2μg RNA用作RNA样品制备的输入材料。构建了cDNA文库(配对末端250bp,PE250),并使用HiSeq 2000测序系统(进行了高通量测序)。过滤掉低质量的序列和衔接子序列后,使用Hisat2软件(版本2.1.0)将读数映射到小鼠基因组。随后使用Htseq-count脚本提取读取计数。DESeq2(1.28.1版)用于差异基因表达分析。热图是使用TBtools软件绘制的。
我们发现几个与髓鞘形成相关的基因显著降低,包括髓鞘相关糖蛋白(Mag,p<0.05),髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(Mog,p<0.05),髓鞘碱性蛋白(Mbp,p<0.01),蛋白脂蛋白1(Plp1,p<0.05)和环核苷酸磷酸二酯酶(Cnpase,p=0.07)(图2A)。
(2)荧光定量PCR(qRT-PCR)
使用TRIzol RNA分离试剂(Thermo Fisher Scientific)从纹状体中提取总RNA。使用随机引物和逆转录酶对2μg总RNA进行逆转录。实时定量PCR使用Applied Biosystems实时PCR系统(Thermo Fisher Scientific),使用SYBR Green Master Mix和基因特异性引物。2-ΔΔCT方法用于确定相对于作为内部对照的Gapdh标准化的基因表达的相对变化。引物序列如下:
我们进行了qRT-PCR发现16p11.2+/-纹状体中的Mag(p<0.05),Mog(p<0.05),Mbp(p<0.05),Plp1(p<0.05)和Cnpase(p<0.05)的mRNA水平显著降低(图2B)。因此,我们的数据表明,与髓鞘形成相关基因的表达在16p11.2+/-小鼠的纹状体中趋于减少。
实施例3 16p11.2+/-小鼠纹状体中脂质组学谱的改变
在P60使用了6只WT雌性小鼠和5只16p11.2+/-雌性小鼠。用0.1g/ml水合氯醛终末麻醉小鼠,切出纹状体组织并立即在液氮中冷冻。血脂提取和基于质谱的血脂检测由Applied Protein Technology Co.进行。将每组的一小部分样品(WT和16p11.2+/-)混合以创建合并的QC样品。将质量控制样本插入分析队列,以评估整个实验过程中的系统稳定性和数据可靠性。在Q Exactive plus质谱仪(Thermo Fisher Scientific)上结合UHPLCNexera LC-30A(Shimadzu Co.Beijing)进行液相色谱-串联质谱分析(LC-MS-MS)。使用LipidSearch软件4.1版(Thermo Fisher Scientific)评估脂质鉴定,峰提取,峰比对和定量。
使用LC-MS/MS进行了脂质组学分析,从32种脂质类别中检测了1218种脂质种类(图3A),这些脂质种类属于7个脂质家族,包括甘油脂,糖脂,鞘脂,脂肪酰基,糖脂,固醇脂和早甾醇脂。脂肪酰基,甘油磷脂,固醇脂和早甾醇脂的家族中的脂类没有改变(图4)。此外,甘油脂(图3B)中的甘油二酯(DG,p<0.05),糖脂(图3C)中的磺基喹硫糖基二酰基甘油(SQDG,p<0.05)以及主要的髓鞘类之一,鞘脂中的SM(p<0.05)在16p11.2+/-纹状体中明显减少;而另一种主要的髓鞘类脂,鞘脂中的CerG1则有下降的趋势(图3D)。
实施例4 16p11.2+/-纹状体中SM和CerG1物种的变化
SM和CerG1均由多烃脂肪酸链和18碳鞘氨醇链(或具有较短或较长脂酰链的变体组成)。我们观察到长脂酰链SM在16p11.2+/-纹状体中显著减少(p<0.05),包括SM(d20:2/24:3),SM(d22:0/20:1),SM(d22:1/18:1),SM(d22:1/20:1)和SM(d22:2/20:1)(图4A,B)。同样,我们发现16p11.2+/-纹状体减少了10种CerG1类脂质,所有这些CerG1类都有一个具有24至26个碳氢化合物的脂肪酸链,包括CerG1(d18:0/24:1)(p<0.05),CerG1(d18:0/24:2)(p<0.05),CerG1(d18:0/24:3)(p<0.05),CerG1(d18:0/25:2)(p<0.05),CerG1(d18:0/26:2)(p<0.05),CerG1(d18:1/24:2)(p<0.05),CerG1(d18:1/24:3)(p<0.05),CerG1(d18:1/25:1)(p<0.05),CerG1(d18:1/25:2)(p<0.01),CerG1(d18:2/24:0)(p<0.01)(图5C,D)。
综上,我们发现在16p11.2+/-小鼠的纹状体中,髓鞘的微结构和髓鞘脂质发生了变化。尽管16p11.2遗传网络调节纹状体髓鞘蛋白的确切机制仍在等待探索,但本发明首次确定了ASD模型白质纹状体的详细变化,为我们对ASD病理学的理解铺平了道路,并提供了ASD小鼠模型的脂质生物标志物。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
SEQUENCE LISTING
<110> 中山大学附属第七医院(深圳)
<120> 一种自闭症的脂质生物标志物及其应用
<130> 2021.7.2
<160> 10
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
tgctcaccag catcctcacg 20
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
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<400> 2
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<212> DNA
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<400> 3
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<211> 18
<212> DNA
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<400> 4
acctgctggg ctctcctt 18
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<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 5
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<211> 18
<212> DNA
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<400> 6
gtcacaatgt tcttgaag 18
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<211> 23
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<213> 人工序列
<400> 7
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<211> 21
<212> DNA
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<400> 8
aagtggcagc aatcatgaag g 21
<210> 9
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<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 9
tgagctggtc agctactttg g 21
<210> 10
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 10
gatctcttca ccacctcctg c 21
Claims (7)
1.自闭症的分子生物标志物组合,其特征在于,所述分子生物标志物组合包括髓鞘相关基因Mag、Mog、Mbp、Plp1和Cnpase。
2.自闭症的分子生物标志物组合在制备诊断自闭症的试剂中的应用,其特征在于,所述分子生物标志物组合包括髓鞘相关基因Mag、Mog、Mbp、Plp1和Cnpase。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述试剂中包括能够特异性检测所述分子生物标志物是否表达的分子。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述分子为能够特异性扩增所述髓鞘相关基因的引物。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述引物的序列如SEQ ID NO:1~SEQ IDNO:10所示。
6.自闭症的脂质生物标志物组合,其特征在于,所述脂质生物标志物组合包括长脂酰链SM和CerG1。
7.自闭症的脂质生物标志物组合在制备诊断自闭症的试剂中的应用,其特征在于,所述脂质生物标志物组合包括长脂酰链SM和CerG1。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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