脓毒症相关性脑病易感小鼠海马的基因差异性

摘要

目的：脓毒症相关性脑病(sepsis-associated encephalopathy,SAE)属常见的脓毒症并发症，可使患者长期存在认知障碍及焦虑情绪，并可导致脓毒症患者死亡。SAE的发病情况和病情严重程度存在显著的个体差异，而调控SAE易感性差异的机制尚不清楚。海马损伤程度与SAE患者认知障碍程度和精神状况直接相关。本研究探讨SAE模型小鼠海马中差异表达基因对SAE易感性的影响。方法：将6～8周龄无特定病原体(specific pathogen free,SPF)级C57BL/6雄性小鼠随机分为生理盐水对照组(Con组)与SAE模型组(SAE组)。通过腹腔注射10mg/kg脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)建立SAE模型，Con组腹腔注射等剂量的生理盐水。采用旷场实验(open field test,OFT)、新物体识别实验(novel object recognition,NOR)及Y迷宫实验比较2组小鼠认知功能及焦虑情绪的差异。以Con组OFT、NOR、Y迷宫实验的行为学数据的均数±标准差为基线，将SAE组小鼠分为SAE高敏(high sensitivity for SAE,HS)组和SAE低敏(low sensitivity for SAE,LS)组。采用免疫组织化学染色法观察即刻早期基因家族成员细胞原癌基因(cellular proto-oncogene Fos,c-Fos)、成熟神经元标志物神经元核蛋白(neuronal nuclei,NeuN)的表达，结合尼氏染色观察并分析小鼠海马齿状回(dentate gyrus,DG)、海马角(cornu ammonis,CA)1、CA3亚区的神经元激活程度与功能受损情况。采用高通量转录组RNA测序(RNA sequencing,RNA-seq)技术对HS组与LS组小鼠组织进行全转录组生物信息学分析，并验证2组的差异表达基因。结果：与Con组小鼠比较，SAE组小鼠认知行为和情绪行为均未表现出显著的易感性差异。进一步分析发现，HS组小鼠较LS组小鼠存在更为严重的认知障碍和焦虑情绪。免疫组织化学染色结果显示，与HS组小鼠比较，LS组小鼠海马c-Fos表达显著增加(P<0.05)。尼氏染色与NeuN染色结果显示，与HS组小鼠比较，LS组小鼠海马神经元功能受损程度显著降低(均P<0.05)。RNA-seq测序和生物信息学分析发现，与HS组小鼠比较，LS组小鼠海马组织中共检出130个表达上调基因，142个表达下调基因。对差异表达基因进行京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路分析结果显示，LS组小鼠海马组织中表达上调的基因主要涉及多能干细胞调节通路、环腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)信号通路、Wnt信号通路等；表达下调的基因则主要与细胞连接、神经活性配体-受体相互作用、钙信号通路等相关。结论：SAE小鼠海马组织中的基因表达差异性可能是导致认知功能障碍与焦虑情绪的潜在易感机制。

关键词

脓毒症相关性脑病 / 易感性 / 差异表达基因 / 海马 / 遗传因素