2020-12-02
期刊：《Science of the Total Environment》
影响因子：6.551
派森诺生物与东北农业大学携手合作，于2020年在《Science of the Total Environment》上发表了miRNA-mRNA网络分析揭示鲤鱼脾脏中镉引起的炎症-免疫抑制损伤的机制的研究成果，影响因子6.551。
研究背景
镉(Cd)是一种有毒重金属，是一种常见的环境污染物。工农业活动可造成水体镉污染，甚至可破坏生态系统，危及水生生态系统的生物多样性，损害人类健康。之前的研究表明，Cd可损伤鲤鱼脾脏，因此，本文建立了普通鲤鱼的Cd中毒模型，以期研究Cd中毒的脾脏的免疫分子机制。
前人的研究已经表明miRNAs与硬骨鱼在病毒和细菌感染后的免疫反应相关。然而，目前尚不清楚miRNA是否参与Cd引起的鲤鱼脾脏炎症和免疫毒性。因此本文基于miRNA-mRNA网络分析发现，miRNA介导了鲤鱼脾脏中Cd引起的炎症-免疫抑制损伤。这一研究为镉暴露毒理学提供了新见解。
研究思路
研究结果
1、形态结构
鲤鱼脾脏的病理结构如下图，在对照组(A1和A2)，鲤鱼脾脏组织结构完整，颜色均匀。Cd组(B1-B4)与对照组(A1)相比，血管内皮细胞(VEC)的纤维素样肿胀、染色不均匀和炎症渗出(B1和B2)，且有大量的炎症细胞(IC)( B2)、红细胞(B3)和血铁黄素(Hs)( B4)。
2、miRNA测序
miRNA测序获得了23个差异表达的miRNA，如下图所示，A,B图展示了差异miRNA的倍数和p值。C图展示了差异miRNA的表达热图。
3、miRNA,mRNA联合分析
为了揭示miRNA的功能，文章对miRNA的潜在靶基因进行了预测。将获得的靶基因的结果映射到之前的mRNA-seq结果，得到差异表达的靶基因信息。表2和表3列出了靶mRNA和差异表达的靶mRNA的数量信息。去重后，最终获得2022个差异表达的靶基因。17个上调的miRNA可以靶向1113个下调靶基因（见下图，网络A）。6个下调的miRNA的靶基因中有909个上调靶基因（见下图，网络B）。
4、靶基因的GO和KEGG富集分析
2022个差异表达的靶基因的KEGG和GO富集分析结果显示，10条比较重要的通路和9个主要的关键term簇(见下图)。通路主要涉及果糖和甘露糖代谢,磷酸戊糖途径,糖酵解/糖质新生,碳代谢,氨基酸合成、NF-κB信号通路,Jak-STAT信号通路,MAPK信号通路,Th1和Th2细胞分化，toll样受体信号通路。GO term簇功能较多，主要见右图的9个cluster。
5、RT-qPCR验证miRNA-seq和mRNA-seq结果
首先通过热图（左图）展示炎症和免疫相关的关键基因的表达情况，热图A展示了炎症相关Go term中炎症反应，炎症反应的积极调节，炎症反应的调节，炎症小体复合物相关的20个差异基因的表达情况，热图B则展示了免疫相关的Go term中免疫系统过程的负调控、T细胞介导免疫和与免疫相关的免疫反应的调控相关的20个基因的表达量。之后使用RT-qPCR检测了以上关键基因相关的3个miRNAs和8个mRNAs，以验证miRNA-seq和mRNA-seq结果的可靠性。验证结果表明，RT-qPCR结果与miRNA和mRNA测序结果一致(右图)。
参考文献：
Chen J , Zhang S , Tong J , et al. Whole transcriptome-based miRNA-mRNA network analysis revealed the mechanism of inflammation-immunosuppressive damage caused by cadmium in common carp spleens[J]. The ence of the Total Environment, 2020, 717(May15):137081.1-137081.10.
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
