一种用于评估脑卒中的基因集及其应用

本发明涉及生物医学，具体涉及一种用于评估脑卒中的基因集及其应用。

背景技术：

1、脑卒中(中风)是全球第二大致残和死亡原因，表现为长期的神经和精神疾病。卒中分为两种类型：缺血性卒中(is)和出血性卒中(hs)。is是最常见的类型，占所有中风的75-80％。在急性中风期间，能量和代谢过程迅速耗尽，导致细胞损伤和血脑屏障破裂。当脑细胞在中风中受损或死亡时，它们会释放促炎物质和细胞碎片。这会引发神经炎症和免疫细胞向损伤部位的募集。在缺血性中风和出血性中风的恢复阶段，小胶质细胞/巨噬细胞、反应性星形胶质细胞和ng2胶质细胞高度增殖，并开始形成反应性胶质细胞增殖，最终在受损区域形成胶质瘢痕。

2、作为中枢神经系统固有的免疫效应细胞，小胶质细胞通常在外界因素的影响下切换表型，分泌促炎或抗炎分子，从而实现对神经组织的双向调控。在is和hs的急性期，小胶质细胞以抗炎表型为主，分泌tgf-β、il-4、il-10等抗炎细胞因子，以及血管内皮生长因子(vegf)、血小板源性生长因子(pdgf)、脑源性神经营养因子(bdnf)、胶质细胞系源性神经营养因子(gdnf)等，增强大脑重塑，促进脑卒中康复。有研究表明，小胶质细胞在is后可通过神经保护、抗感染反应、神经发生、血管生成、突触重塑、轴突再生等机制促进神经保护和功能恢复。但在is和hs的亚急性和慢性阶段，小胶质细胞的促炎表型迅速增加，并通过分泌前列腺素e2、tnf-α、il-1β、no等促炎介质进一步产生炎症级联反应，导致脑损伤加重。此外，小胶质细胞热化介导的促炎反应也会阻碍is的恢复。有研究表明，通过抑制小胶质细胞热燥来降低促炎反应，可以保护is造成的白质损伤，促进神经功能的恢复。因此，靶向小胶质细胞的激活状态和表型，可能是治疗is和hs的理想策略之一。

3、在疾病过程中，会发生许多生理变化。在这些变化中，线粒体作为代谢中心的作用是不可忽视的。线粒体是独特的产生能量的细胞器，是活性氧的直接靶标，参与多种损伤因子的发生和发展。有研究表明，线粒体是最敏感的细胞器，在is和hs之后可触发各种细胞信号通路、自噬、凋亡/坏死和线粒体生物发生。同时，线粒体可导致活性氧的过量产生、钙超载和膜通透性过渡孔(mptp)的打开等，进一步影响神经元的微结构和血脑屏障的通透性，诱发脑卒中后各种脑细胞的退化。is持续2小时可使线粒体呼吸链活性降低50％，导致线粒体功能障碍。此前的研究已经调查了线粒体相关基因在癌症预后、血管侵袭、肿瘤微环境和治疗中的作用。通过这些研究，研究人员确定了可用于预测癌症进展和开发新的治疗方法的关键基因。然而，尚未发现涉及线粒体的基因能够调节is和hs的进展。

4、单细胞rna测序(scrna-seq)的出现，使细胞群体异质性得到了前所未有的解决。scrna-seq已被用于识别反应性小胶质细胞和星形胶质细胞增殖在脑卒中不同小鼠模型中介导突触吞噬的个体作用，预防其挽救突触损失。患有is和hs的小鼠的scrna-seq数据已保存在可公开访问的数据库中，为该领域的进一步研究提供了宝贵的资源。本研究共确定了27个与线粒体相关的差异表达基因，基于mitomap网站收录的人类基因组数据库和geo数据库中关于is和hs小鼠的数据，使用基因集变异分析(gsva)方法评估了这些基因的线粒体活性。我们的结果显示，在is后，小胶质细胞中的线粒体相关得分增加，参与线粒体蛋白合成的lars2的表达显著下调。重新聚类分析显示ma、mb和mc微胶质亚簇，其中ma小胶质表现出与dam相似的结果，cst7表达增加，p2ry12表达降低。此外，在脑卒中后的自分泌过程中，csf1-csf1r通路被证明在小胶质细胞中高度激活，其中csf1r高表达，这表明csf1r促进了线粒体高度活跃的小胶质细胞亚群。总之，我们的研究结果为is和hs后的细胞亚型多样性和分子特征提供了新的见解，并为不同卒中亚型的预测和治疗策略提供了潜在的靶点。

技术实现思路

1、为了解决现有技术问题，本发明提出了一种用于评估脑卒中的基因集及其应用，其克服了背景技术中提到的不足和缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明的发明点是提供一种用于评估脑卒中的基因集，所述基因集包括lars2基因，lars2在多种细胞类型中异常表达，如少突胶质细胞、qnscs、t细胞、粒细胞和室管膜细胞；在缺血性脑卒中后，小胶质细胞中的线粒体活性相关得分增加，参与线粒体蛋白合成的lars2的表达显著下调。

4、本发明确定了27个与线粒体相关的差异表达基因，所述基因集中包括lars2基因，以及另外26个基因中的至少一种，26个基因为hspd1、ethe1、ndufa11、ndufa1、ndufa13、ndufa12、uqcrq、uqcrb、cox7b、cox6b1、ndufb11、ndufv2、coq7、fars2、cox6a1、ndufs3、suclg1、ndufb10、ndufs6、cox20、ndufa2、coa3、atp5a1、ndufb3、ndufs7、cox8a。

5、所述基因集是由27个基因组成的基因群，所述基因群中的基因为lars2、hspd1、ethe1、ndufa11、ndufa1、ndufa13、ndufa12、uqcrq、uqcrb、cox7b、cox6b1、ndufb11、ndufv2、coq7、fars2、cox6a1、ndufs3、suclg1、ndufb10、ndufs6、cox20、ndufa2、coa3、atp5a1、ndufb3、ndufs7、cox8a；上述基因集中的基因均为线粒体相关基因。

6、基于mitomap网站收录的人类基因组数据库和geo数据库中关于is和hs小鼠的数据，使用基因集变异分析(gsva)方法评估了这些基因的线粒体活性。

7、本发明的第二个发明点是提供了一种上述的基因集在制备用于评估卒中的检测试剂盒中的应用，所述检测试剂盒包括：扩增上述用于评估脑卒中的基因集的基因的引物；和/或特异性结合上述用于评估脑卒中的基因集的基因和/或其互补序列的探针；和/或特异性结合上述用于评估脑卒中的基因集的基因表达的蛋白的抗体。

8、上述的应用，所述引物如表1所示。

9、表1

10、

11、本发明还提供了上述基因集在制备用于评估脑卒中的蛋白检测芯片中的应用，所述蛋白检测芯片包括固相载体和检测抗体，在所述固相载体上固定有与上述的基因集的基因特异性结合的捕获抗体，所述检测抗体与抗体标记物连接。

12、上述的应用，所述检测试剂盒通过检测脑卒中样本中亚全能干细胞的差异表达基因对卒中进行评估。

13、上述的应用，所述亚全能干细胞为室管膜细胞。

14、本发明的第三个发明点是提供了一种用于评估脑卒中的试剂盒，包括以下任意一项：

15、1)扩增上述用于评估脑卒中的基因集的基因的引物；

16、2)特异性结合权上述用于评估脑卒中的基因集的基因和/或其互补序列的探针；

17、3)特异性结合上述用于评估脑卒中的基因集的基因表达的蛋白的抗体。

18、上述所述检测试剂盒包括：总rna抽提试剂、逆转录试剂和测序试剂。

19、上述所述检测试剂盒包括：dntp溶液和/或rna逆转录酶。

20、上述所述检测试剂盒包括：所述的测序试剂包括二代测序试剂或单细胞测序试剂。

21、上述所述检测试剂盒，所述引物如前述表1所示。

22、本发明还提供了一种用于评估脑卒中的蛋白检测芯片，所述蛋白检测芯片包括固相载体和检测抗体，在所述固相载体上固定有与上述基因集的基因特异性结合的捕获抗体，所述检测抗体与抗体标记物连接。

23、与现有技术相对比，本发明具有以下优点：

24、本发明所提供的一种用于评估脑卒中的基因集及其应用，确定了与线粒体相关的关键基因，这些基因在脑卒中模型中差异表达。基于mitomap网站中的人类基因组数据库和geo数据库中有关缺血性和出血性中风小鼠的数据，使用基因集变异分析(gsva)方法评估了这些基因的线粒体活性。本发明进一步描述了在缺血性中风条件下与线粒体高度相关的某些基因(如lars2)的表达。此技术为不同中风亚型的预测和治疗策略提供了潜在应用前景。