基于单细胞转录组测序技术探讨电针对SAMP8小鼠的影响

来源 :天津中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heephy
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目的:本研究利用水迷宫实验观察电针对阿尔茨海默病(AD)模型SAMP8小鼠认知能力的影响,并基于单细胞测序探索针刺改善AD模型小鼠的分子机制,企图从分子层面为针刺治疗AD提供更多的机制证据。方法:选取7月龄快速老化型AD小鼠和正常老化SAMR1小鼠随机分为对照组、模型组、电针组。电针治疗选用百会穴、印堂穴和人中穴,在电针百会穴和印堂穴半小时之后,点刺人中穴十次,完成操作。每周5次,共计8周。并在末次电针干预后24h后,采用水迷宫实验(Morris Water Maze)评估各组小鼠认知能力。在肯定电针效应的基础上,对模型组和电针组小鼠的脑组织进行单细胞测序。并利用GO(Gene Ontology,基因富集分析)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,基因和基因组百科全书)等现代生物学技术进行富集分析。结果:1.水迷宫实验结果:相比于对照组,模型组中的小鼠的逃避潜伏期显著延长(p<0.001);跨越平台的次数显著降低,目标象限的停留时间有所减少(p<0.001)。相比于模型组,电针组小鼠逃避潜伏期明显缩短(p<0.001);目标象限的停留时间和跨越平台次数均有显著增加(p<0.05)。2.细胞类型鉴定:将SMAP8小鼠脑组织单细胞测序最终获得的49704个细胞,模型组23919个,电针组25785个,进行后续的分析。通过t-SNE降维聚类一直的细胞类型marker,聚类称为13个主要cluster,分别是:Astrocyte、B cell、Microglia、Endothelium、Neutrophils、Neuroblast、neuron、Oligodendrocyte、Pericyte、Perivascular macrophages、T cell、Vascular leptomeningeal cell、Vascular smooth muscle cell。3.差异表达基因筛选:与模型组相比共鉴定出2781个基因,差异基因分析显示90个基因,44个上调基因和46个下调基因。4.差异基因富集分析:GO富集程度较大的前3项是:星形胶质细胞发育、细胞对镉离子的反应、细胞外区域。KEGG富集程度较大的前5项分别为:TNF信号通路、IL-17信号通路、NOD样受体信号通路、核糖体信号通路、沙门氏菌感染。共同包含基因有:Ccl2、Cebpb、Cxcl1、Cxcl10、Cxcl2、Fos、S100a8、S100a9、Tnfaip3、Il1b、Jun、Pfn1、Rpl27、Rpl39、Rpl9、Rps23、Rps24、Rps27、Uba52。5.AD小鼠脑内免疫微环境:由T细胞、中性粒细胞、血管巨噬细胞以及它们所包含的多种亚型。其中T细胞作为最大的一组免疫细胞群,通过电针组和模型组对比我们发现sub-cluster1具有显著差异,主要为CD4T细胞,此类细胞的Marker基因主要为Cd4、Foxp3。6.星形胶质细胞亚型分析:星形胶质细胞type5细胞簇中Top300 Marker基因进行GO和KEGG富集分析,推断电针干预SAMP8小鼠与调节细胞结构、蛋白质结合以及鞘脂、炎症等相关信号通路的基因有直接或间接关系。预测这些基因可能为电针干预SAMP8小鼠时的靶标。Type5的Top10Marker基因Gbp5、S1pr1、Rnd1、Anxa8、Icam1、Cxcl14、Ptx3、Rnase1、Stx11、Foxg17.通讯分析:星形胶质细胞表达相对较高水平的Ddr1、Cxcr2、Slc7a1、Ccr5其相应的配体如Ttr、Cxcl2、Ccl4在少突胶质细胞细胞中广泛表达。结论:1.电针能够减轻AD模型SAMP8小鼠的认知障碍,延缓AD的进展,具有神经保护作用。2.针刺可明显改变星形胶质细胞、血管周围巨噬细胞、少突胶质细胞、T细胞、神经元细胞数目。3.本研究通过单细胞转录组测序描绘了SAMP8小鼠脑组织的单细胞图谱。证明了针刺之后的异质性,系统分析了SAMP8小鼠脑组织的13种细胞。其中小鼠脑组织中的3种免疫细胞及其亚型。4.针刺之后星形胶质细胞、血管周围巨噬细胞、少突胶质细胞、T细胞、神经元具有显著的组间差异,证明这几种细胞可能密切参与了电针治疗AD的过程。5.在AD模型鼠脑内免疫环境中Ccl3、Ccl5趋化因子在调节免疫环境中发挥重要作用。6.星形胶质细胞亚型获得的Top10Marker基因Gbp5、S1pr1、Rnd1、Anxa8、Icam1、Cxcl14、Ptx3、Rnase1、Stx11、Foxg1,可作为后续验证的基因。7.针刺之后显著上调的差异基因Pfn1、Msr B1、S100A8、S100A9、Rps23、ATF3可能对揭示针刺治疗AD的机制有重要意义。
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