不同程度骨骼肌損傷后的轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)特征研究
目前，我們對(duì)肌肉損傷修復(fù)過(guò)程的認(rèn)識(shí)大部分是從肌肉疾病和與致病過(guò)程相關(guān)的肌肉損傷研究中獲得的，如杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良和缺血性損傷。然而，在慢性肌肉疾病中，其在病理進(jìn)程可持續(xù)數(shù)十年，包括反復(fù)的損傷、炎癥、修復(fù)和再生盡管肌肉對(duì)慢性損傷反應(yīng)的許多機(jī)制與急性損傷后介導(dǎo)修復(fù)和再生的機(jī)制相似，但這種反復(fù)損傷進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)締組織過(guò)度堆積，對(duì)肌肉功能有長(zhǎng)期影響。手術(shù)中骨骼肌缺血性損傷主要是有骨骼肌血流和供氧不足引起的，這些修復(fù)過(guò)程與骨骼肌機(jī)械性損傷修復(fù)機(jī)制存在不同。
因此，有必要對(duì)機(jī)械性損傷后的骨骼肌修復(fù)過(guò)程中的復(fù)雜的多分子動(dòng)態(tài)生物學(xué)變化規(guī)律和信息進(jìn)行解碼， 發(fā)掘參與再生修復(fù)的關(guān)鍵調(diào)控因子及通路， 加深我們對(duì)骨骼肌損傷-修復(fù)-再生過(guò)程的認(rèn)識(shí)，為骨骼肌修復(fù)再生機(jī)制的研究奠定基礎(chǔ)。
圖1 實(shí)驗(yàn)及分析流程
在輕度和重度挫傷組中共表達(dá)1620個(gè)基因的PCA結(jié)果再次顯示，盡管骨骼肌損傷后轉(zhuǎn)錄譜在不同損傷程度存在差異，但在輕度與重度共表達(dá)基因的變化中損傷程度并不是主要影響因素，而這些基因表達(dá)與損傷時(shí)間關(guān)系更為密切。此外，層次聚類(lèi)（HCL）及WGCNA分析結(jié)果（圖2、圖3）再次顯示1620 個(gè)共表達(dá)基因在損傷后 48h 內(nèi)表現(xiàn)出明顯的時(shí)間依賴(lài)性變化，表明不同程度骨骼肌損傷后存在共同的修復(fù)調(diào)控機(jī)制。
圖2 兩挫傷組共表達(dá)基因主成分分析和層次聚類(lèi)分析
注： A 輕度和重度挫傷組間DEGs的Venn圖；B輕度和重度挫傷組1620個(gè)共有基因的PCA結(jié)果；C所有DEGs基于層次聚類(lèi)的熱圖(左:-M和-S分別表示輕度和重度損傷)，以及每個(gè)基因簇根據(jù)傷口年齡的平均表達(dá)(右)
圖3 加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)路WGCNA分析
注：A 基因模塊的聚類(lèi)樹(shù)狀圖；B 每個(gè)Cluster中基因表達(dá)量隨損傷時(shí)間的變化
C 不同模塊的GS和MM的相關(guān)性；Cor：相關(guān)系數(shù)；D不同模塊中基因的表達(dá)變化趨勢(shì)
有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)在骨骼肌損傷后 24-48h 許多下調(diào)基因與線(xiàn)粒體及代謝途徑有關(guān)，其中OXPHOS通路下調(diào)最為顯著， OXPHOS通路中的基因主要編碼線(xiàn)粒體氧化呼吸鏈中復(fù)合體 I– V。呼吸鏈復(fù)合體作為電子載體在線(xiàn)粒體膜兩側(cè)可產(chǎn)生質(zhì)子梯度，從而驅(qū)動(dòng)三磷酸腺苷（ATP） 的合成（圖4A）。這些基因下調(diào)將會(huì)大導(dǎo)致復(fù)合物 I– V 的活性降低， 但尤其是在 OXPHOS 通路中下調(diào)基因數(shù)目最多的復(fù)合物 I，可導(dǎo)致ATP合成受阻，從而產(chǎn)生大量活性氧。這可能與損傷后損傷 24-48h 炎癥反應(yīng)引起大量 ROS 產(chǎn)生以及線(xiàn)粒體損傷相關(guān)。
圖4 線(xiàn)粒體氧化呼吸鏈及活性氧產(chǎn)生部位
注：A 對(duì)照組中線(xiàn)粒體氧化呼吸復(fù)合體的結(jié)構(gòu)圖；B 氧化呼吸復(fù)合體 I-V 活性降低后 ROS 的產(chǎn)生部位，以及微陣列數(shù)據(jù)中與復(fù)合體相對(duì)應(yīng)的下調(diào)基因列表
此部分內(nèi)容已于2021年1月5日發(fā)表在bioscience reports上。
