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 技術前沿 
技術前沿
CircRNA在銀屑病和特應性皮炎中新發現
來源: | 作者:geneseed | 發布時間: 2020-11-10 | 114 次瀏覽 | 分享到:

2020年5月26日,丹麥奧爾胡斯大學Kristensen教授Experimental Dermatology雜志上發表了一篇題為“haracterization of Circular RNA Transcriptomes in Psoriasis and Atopic Dermatitis Reveals Disease-specific Expression Profiles“的文章,揭示了銀屑病和特應性皮炎中circRNA轉錄水平的特異性變化,并且特定的circRNA或可作為區分AD和銀屑病的標志物[1]




研究背景


銀屑病和特應性皮炎(AD)是兩種常見的慢性炎性皮膚病,與多種并發癥相關。幾項基于高通量RNA測序(RNA-seq)的研究發現銀屑病和AD樣本中富集了許多編碼和非編碼RNA。circRNA是一類主要的非編碼RNA,與許多人類疾病包括神經疾病、心血管疾病、糖尿病、慢性炎癥性疾病、和癌癥等相關,但目前尚未有circRNA與慢性炎癥疾病(銀屑病和AD)是否相關的研究報道。因此作者對銀屑病和AD患者中circRNA的轉錄水平進行了研究,期望為進一步剖析CircRNAs在這些疾病中的潛在功能作用,了解疾病的發病機制,尋找潛在的治療靶點。


1. CircRNA的篩選與變化


首先通過對135例皮膚樣本進行深度的RNA-seq測序分析鑒定出了39286個CircRNA,并將銀屑病和AD患者(皮損和非皮損)的CircRNA圖譜與健康對照進行了比較。已鑒定的CircRNA主成分分析(PCA)結果表明,各組樣本聚集較好且健康對照皮膚樣本與銀屑病和AD皮損皮膚樣本顯著分離。此外盡管許多非皮損皮膚樣本與健康皮膚樣本重疊,但是仍然可以觀察到非皮損樣本向皮損樣本延伸的趨勢,其中相比于女性,男性非皮損皮膚樣本與健康樣本分離更顯著(圖1a)。接下來對前414個豐度的CircRNA進行可視化熱圖分析,結果顯示皮損皮膚與非皮損和健康皮膚的分離主要是因為皮損皮膚樣本中大量CircRNA的下調所致,此外排除了一些臨床因素(年齡/性別)的影響(圖1b)。





2. 不同樣本組間差異表達CircRNA的鑒定


上述結果表明 CircRNA的表達量與銀屑病和AD相關。因此接下來對不同組別之間CircRNA表達進行了差異分析(P<0.05,FC>1,圖2)。與健康皮膚相比,銀屑病皮損皮膚中大部分的差異CircRNA均表現為下調(圖2a,b);總的來說,相比于健康皮膚和非皮損皮膚,皮損皮膚中CircRNA含量顯著減少。其中CIRS-7、CircEXOC6B、CircSLC8A1和CircRHOBTB3下調最為顯著;CircTNFRSF21、CircDOCK1、CircARAP2、CircZRANB1和CircDDX21上調最為顯著(圖2b)。當比較AD皮損皮膚和健康對照時,同樣大多數在皮損皮膚中下調(圖2a,c)。其中最顯著下調的是CircRHOBTB3、CircDEGS1、CircDEF6、CircSWT1和CircCCDC7;CircRNA(CircTNFRSF21和CircDDX21)顯著上調。比較AD和銀屑病皮損皮膚,發現大多數CircRNA在AD樣本中更為豐富。尤其是CIRS-7在AD皮損皮膚中比銀屑病皮損皮膚中豐富得多, 而在CircZRANB1中則相反。


3. CIRS-7和CircZRANB1可作為診斷標志物


盡管AD和銀屑病臨床癥狀不同,但是他們在分子結構上有較大重疊,因此有時難以鑒別。上述結果表明一些CircRNA在AD和銀屑組之間存在差異表達(CIRS-7、CircEGLN3、CircLIFR、CircRIMS1、CircASPH、CircPARD3、CircTNFRSF19、CircXXC4-AS1、CircDENND4C、CircSLC43A1、CircATP2B4、CircSLAIN2、CircCERS6和CircZRANB1)。尤其是CIRS-7在銀屑病中的含量要低得多,而CircZRANB1是銀屑病皮損皮膚中唯一顯著上調的CircRNA,并且顯示出強大的生物標志物預測潛力(曲線下的面積分別為0.92和0.89)(圖2e,f)。此外RNA顯色原位雜交(CISH)結果進一步證實了銀屑病皮損中CIRS-7的下調。同時,還驗證了CIRS-7和CircZRANB1的環形屬性。



4. CircRNA與AD和銀屑病具有強相關性


與健康皮膚組相比,AD和銀屑病皮損中顯著下調的CircRNA有(ciRS-7, circRHOBTB3, circDEGS1, circDEF6, hsa_circ_0000233, hsa_circ_0008679, circPOF1B, circSUMF1, circSWT1)。此外,AD皮損中只有CircTNFRSF21和CircDDX21表達上調,同樣在銀屑病中表達也上調(圖3a)。與這些結果一致,銀屑病皮損皮膚和AD皮損皮膚(相對于健康對照組)的CircRNA表達變化之間有很強的相關性(r=0.78,P<1×10-4)(圖3b)。盡管銀屑病非皮損皮膚與健康皮膚無顯著差異,但可以觀察到銀屑病非皮損皮膚相對于健康皮膚的circRNA表達變化與銀屑病皮損皮膚相對于健康皮膚的circRNA表達變化之間存在顯著相關性(r = 0.31,P <1×10-4)(圖3c)。這表明從健康皮膚到非皮損皮膚的circRNA表達的微小變化在病變皮膚中進一步增強。同樣地,AD非皮損皮膚相對于健康皮膚的circRNA表達變化與AD皮損皮膚相對于健康皮膚的circRNA表達變化之間也存在顯著相關性 (r = 0.58和P <1×10-4)(圖3d )。


5. 銀屑病皮損中的許多差異 CircRNA是獨立于其同源線性轉錄本改變的


接下來作者研究了在銀屑病和AD皮損中發現的差異CircRNA是否獨立于它們各自的同源線性轉錄本而發生改變。并繪制了CircRNAs表達變化與它們各自同源線性轉錄本的相應變化的圖(圖4)。與健康樣本相比,銀屑病和AD患者外周血中CircRNA和線性RNA表達的變化呈顯著正相關(r=0.44和r=0.57,P<1×10-4)。然而,在銀屑病的病例中,也有相當數量的CircRNAs(66個下調的CircRNAs中的31個)獨立于其線性宿主基因表達。在銀屑病皮損樣本中,CIRS-7、CircLIFR、CircVCan、CircDEGS1、CircCXXC4-AS1、CircRIMS1和CircEGLN3基因表達均下調4倍以上,但其同源線性轉錄本相對穩定。此外,獨立于線性轉錄本,四個circRNA,兩個circDOCK1亞型,circZRANB1和circGRAMD4被上調2倍以上(圖4a)。 然而,在AD皮損樣本中,未發現有獨立于同源線性轉錄本的circRNA失調(圖4b)。






6. CircRNA表達與疾病嚴重程度評分無顯著負相關


此外,作者分析了CircRNA豐度的變化是否與疾病嚴重程度評分(銀屑病的PASI和AD的SCORAD)相關。首先,將每個皮損皮膚樣本中高豐度CircRNA的平均表達水平與相應的疾病嚴重程度評分相關聯。結果并不顯著,但當考慮PASI和SCORAD時,兩者呈負相關。這是因為相對于非皮損皮膚,CircRNA在皮損皮膚中整體下調。隨后對在皮損皮膚中下調兩倍以上的CircRNA的平均表達水平分析,發現了同樣的負相關性,在AD的樣本中相關性略強,但仍不顯著。最后,作者研究了在銀屑病皮損皮膚中獨立和依賴于其同源線性宿主轉錄下調的CircRNA的平均表達。相關性很小且不顯著,但只有獨立的CircRNA與PASI評分呈負相關。因此作者推測,就疾病的嚴重程度,樣本的同質性使得研究潛在的相關性更加困難,因此需要更廣泛臨床表型的患者樣本來進行進一步的研究。



參考文獻

1. Moldovan L.,T soi L., Kristensen S. et. al. Characterization of Circular RNA Transcriptomes in Psoriasis and Atopic Dermatitis Reveals Disease-specific Expression Profiles. Experimental Dermatology (2020). doi:10.1101/2020.05.26.20090019

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