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EBioMedicine:创伤性脑损伤能够损害上百种基因,导致严重脑部疾病

来源:生物谷 2017-03-08 11:57


图片来自Qingying Meng/UCLA。

2017年3月8日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员报道,头部损伤能够损害大脑中的上百种基因,从而增加人们患上很多种神经系统疾病和精神疾病的风险。相关研究结果发表在2017年2月的EBioMedicine期刊上,论文标题为“Traumatic Brain Injury Induces Genome-Wide Transcriptomic, Methylomic, and Network Perturbations in Brain and Blood Predicting Neurological Disorders”。

这些研究人员首次鉴定出他们认为控制着上百种其他的基因的主导基因(master gene),这上百种基因与阿尔茨海默病、帕金森病、创伤后应激障碍、中风、注意力缺乏多动症、自闭症、精神分裂症和其他脑部疾病相关联。

了解哪些是主导基因可能给科学家们提供用于治疗脑部疾病的新药物的靶标。最终,科学家们可能甚至能够了解如何重新修饰受损的基因从而降低脑部疾病风险,而且这一发现可能有助人们鉴定出通过修复这些基因来抵抗脑部疾病的化学物和食物。

论文通信作者之一、加州大学洛杉矶分校整合生物学与生理学副教授Xia Yang说,“我们认为这些主导基因导致创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI),从而负面地触发很多其他的基因发生变化。”

基因有潜力产生几种蛋白异形体(protein isoform)中的任何一种,而且创伤性脑损伤能够损害这些主导基因,从而能够导致其他基因受到损害。

Yang说,这一过程能够以两种方式发生。一种方式是这种损伤最终能够导致这些基因产生不常见的蛋白异形体。另一种方式是改变每个细胞中的基因表达拷贝数量。不论哪种变化发生都能够阻止基因发挥正常的功能。如果基因产生一种错误的蛋白异形体,那么它可能导致阿尔茨海默病等疾病。

论文通信作者之一、加州大学洛杉矶分校神经外科教授、整合生物学与生理学教授Fernando Gomez-Pinilla说,“人们对遭受脑创伤的人(比如足球运动员和士兵)在生命后期患上神经系统疾病知之甚少。我们希望更多地了解这种情形是如何发生的。”

这些研究人员训练20只大鼠逃离迷宫。他们随后让其中的10只大鼠(作为测试组)接受液压冲击产生类似脑震荡的脑部损伤,另外10只大鼠(作为对照组)没有遭受脑部损伤。当将这些大鼠再次放入迷宫中时,那些遭受脑部损伤的大鼠要比那些没有遭受脑部损伤的大鼠多花费大约25%的时间走出迷宫。

为了了解在遭受脑部损伤后,这些大鼠的基因如何发生变化,这些研究人员分析了每组大鼠中的5只大鼠的基因。特别地,他们提取了来自大鼠海马体和白细胞的RNA。

这些研究人员发现在这些患有脑部损伤的大鼠中,它们的的海马体有一组核心基因(由268种基因组成)发生变化,而且它们的白细胞也有一组核心基因(由1,215种基因组成)发生变化。

Yang说,“令人吃惊的是,这些白细胞中的基因发生如此多的重大变化。大脑中的基因变化并不那么令人吃惊。它是如此至关重要的一个区域,因此很自然得出当它遭受损伤时,它会给身体发送信号表明它遭受攻击。”

在这些发生变化的基因当中,将近有24种基因同时存在于海马体和血液(更具体的说,血液中的白细胞)中,因此,科学家们可能能够开发出一种基于基因的血液测试来确定脑部损伤是否发生,而且测量其中的一些基因可能有助医生预测一个人是否有可能患上阿尔茨海默病或其他的脑部疾病。这项研究也可能导致人们开发出更好的方法来诊断轻度创伤性脑损伤。

这些研究人员报道,在大鼠脑部损伤出现后发生变化的基因当中,有100多种基因在人体中具有与神经系统疾病和精神疾病相关联的同源基因。比如,这项研究报道,在大鼠中受到影响的基因当中,有16种基因在人体中具有与阿尔茨海默病易患性相关联的同源基因。他们也发现在大鼠海马体中受到影响的4种基因和在大鼠白细胞中受到影响的1种基因与人体中创伤后应激障碍(PTSD)相关联的基因存在同源性。

Yang说,这项研究不仅表明哪些基因受到创伤性脑损伤的影响,与严重疾病相关联,而且也可能指出调控代谢、细胞通信和炎症的基因,这可能让它们成为开发治疗脑部疾病的新疗法的最好靶标。

如今,这些研究人员正在研究一些主导基因以便确定对它们进行修饰是否也导致大量其他的基因发生变化。如果确实如此的话,那么这些主导基因更有希望作为开发新疗法的靶标。他们也计划在遭受创伤性脑损伤的人体中研究这种情形。

在2016年的一项研究中,Yang、Gomez-Pinilla和同事们报道果糖能够损害上百种基因,而且一种被称作二十二碳六烯酸(DHA)的Ω-3脂肪酸似乎会逆转果糖导致的这些有害变化(EBioMedicine, May 2016, 7:157–166, doi:10.1016/j.ebiom.2016.04.008)。在那项研究中,他们鉴定出的多种基因之一是Fmod。在这项新的研究中,他们鉴定出Fmod也是一种主导基因。

Gomez-Pinilla说,不是每个遭受创伤性脑损伤的人都会患上相同的疾病,但是更加严重的脑部损伤会损害更多的基因。(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Qingying Meng, Yumei Zhuang, Zhe Ying et al. Traumatic Brain Injury Induces Genome-Wide Transcriptomic, Methylomic, and Network Perturbations in Brain and Blood Predicting Neurological Disorders. EBioMedicine, February 2017, 16:184-194, doi:10.1016/j.ebiom.2017.01.046.

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