论文题目：BMSCs联合BDNF治疗脊髓缺血再灌注损伤过程中关键基因及miRNAs的生物信息学分析
摘要：脊髓缺血再灌注损伤（spinal cord ischemia-reperfusion injury,SCII）是各种导致脊髓缺血缺氧的致病因素消失,脊髓重新恢复供血,其神经功能得不到好转,还可能较原有水平进一步恶化的病理过程。SCII可导致不同程度神经功能损伤,包括截瘫、下肢麻痹、性功能障碍和脏器功能损害（如膀胱和肠道）等,患者的生命健康和生活质量都受到了严重影响。生物信息学是将数学、信息学、统计学和计算机科学结合起来研究生物学的新兴学科。生物信息学的常见用途包括鉴定候选基因和核苷酸、基因组注释、基因和蛋白质表达分析、调控分析等。有研究表明,骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）改善脊髓损伤后的神经功能是通过分泌神经营养因子修复神经细胞和促进轴突再生来发挥作用的。移植的骨髓间充质干细胞可分泌多种神经营养因子并与外源性的神经营养因子共同发挥神经保护的作用。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor,BDNF）是哺乳动物中一类高度保守、可溶解的蛋白质家族中的一员,在成人神经系统的发育过程中发挥重要作用。目的:本研究是基于生物信息学的方法,研究骨髓间充质干细胞联合脑源性神经营养因子对脊髓缺血再灌注保护作用的关键基因及micro RNA（miRNA）。用于生物信息学分析的基因芯片均来自本课题组,使用R语言对基因芯片进行差异基因及其对应的miRNA分析,并对其GO（Gene Ontology,GO）功能及京都基因与基因组大百科全书KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）信号通路进行富集分析,最后再通过实时定量PCR（Real-time PCR,RT-PCR）的方法对最终得到的差异基因及其对应的miRNA进行验证。方法:大鼠随机分为5组:假手术组（Sham组）、脊髓缺血再灌注损伤模型组（SCII组）、骨髓间充质干细胞移植治疗组（Cell组）、携带空载体慢病毒的BMSCs移植治疗组（空载体组）和感染BDNF载体慢病毒的BMSCs移植治疗组（BDNF组）。建立大鼠SCII动物模型并提取SD（Sprague Dawley）大鼠的BMSCs,并对提取的BMSCs进行培养、表面标志物和周期鉴定,用于后续试验。Cell组将骨髓间充质干细胞通过大鼠的球后静脉注入;空载体组注入感染空载体慢病毒的BMSCs;BDNF组注入感染BDNF载体慢病毒的BMSCs。使用R语言对这5组的基因芯片数据进行差异基因及其对应的miRNA分析,绘制差异基因及其对应的miRNA的热图,及每两组间基因上调和下调的火山图;并对其的GO功能及KEGG信号通路进行富集分析,并制作GO功能及KEGG信号通路进行富集分析的气泡图;使用Cytospace软件对差异基因及其对应的miRNA制作网状图;最后再通过RT-PCR的方法对最终得到的差异基因及其对应的miRNA进行验证,制作差异表达的柱状图。结果:（1）假手术组、模型组、细胞治疗组、空载体组和BDNF组共有差异基因803个。（2）与假手术组相比,模型组上调基因384个,下调基因351个;与模型组相比,细胞治疗组上调基因322个,下调基因331个;与模型组相比,BDNF联合细胞治疗组上调基因431个,下调基因353个;与细胞治疗组相比,BDNF联合细胞治疗组上调基因371个,下调基因480个。（3）差异基因的GO富集分析:在生物过程（biological process,BP）方面,差异基因主要富集在分解代谢过程的正向调节,蛋白质分解代谢过程的正向调节,基因加工等;在细胞组分（cellular component,CC）方面,差异基因富集在剪接体复合体、内体部分、U2型剪接体复合体等;在分子功能（molecular function,MF）方面,锌离子跨膜转运蛋白活性,二价无机阳离子跨膜转运蛋白活性,泛素样蛋白连接酶结合等。（4）差异基因的KEGG信号通路富集分析主要为白细胞介素-17信号通路,脂肪消化和吸收,谷胱甘肽代谢等。（5）差异基因及其靶向的miRNA共2组,分别为Btg2和mi R-337-5p,Fosl2和mi R-19b-3p。有两个基因有显著性差异,但其靶向的micro RNA没有显著性差异,分别为Egr1和Serpine1。结论:1.与模型组比较,BDNF联合BMSC治疗组的差异基因及其靶向的miRNA共2组,分别为Btg2和mi R-337-5p,Fosl2和mi R-19b-3p;2.BMSCs联合BDNF治疗SCII的效果比单独使用BMSCs治疗的效果更显著;3.免疫和炎症反应在SCII的发生发展过程中起到了重要的作用。
关键词：脊髓缺血再灌注损伤;生物信息学;脑源性神经营养因子;骨髓间充质干细胞;GO;KEGG
学科专业：外科学（专业学位）
中文摘要
abstract
英文缩略词
第1章 绪论
1.1 脊髓缺血再灌注损伤
1.1.1 SCII的概述
1.1.2 SCII的主要发生机制
1.1.3 SCII的防治策略
1.2 生物信息学相关概念
1.2.1 生物信息学概述
1.2.2 生物信息学相关概念
1.3 骨髓间充质干细胞与SCII
1.4 脑源性神经营养因子与SCII
第2章 材料与方法
2.1 实验动物及分组
2.2 试验方法
2.2.1 样本的处理及基因芯片的制作
2.2.2 基因芯片数据的预处理
2.2.3 R语言对基因芯片数据的分析
2.2.4 实时定量PCR操作过程
2.2.5 差异基因及其靶向miRNA的网状关系分析
第3章 结果
3.1 数据预处理
3.2 差异基因的热图分析
3.3 差异基因火山图分析
3.4 差异基因的GO功能富集分析
3.5 差异基因的KEGG信号通路富集分析
3.6 差异基因及其靶向miRNA的 RT-PCR验证
3.7 差异基因及其靶向miRNA的网状关系
第4章 讨论
4.1 Btg2在神经发育过程中的作用
4.2 Egr1的神经保护作用
4.3 Serpine1可减轻炎症反应
结论
参考文献
致谢
