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藏黄牛与宣汉黄牛心脏表达谱比较(8)

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3 讨论

随着科学技术的飞速发展，高通量测序因为操作简单、效率高、通量大等优点在科学实验中得到了广泛应用；它能够快速地获得成千上万条基因序列，以此开发出了大量的微卫星分子标记资源[20]。

心脏有左心房、左心室、右心房和右心室4个腔室，是脊椎动物最重要的器官之一，主要作用是推动血液流动，为组织和器官提供充足的血流量，是机体各项生命活动的重要动力来源。藏黄牛长期生活在高海拔地区，为了能够适应恶劣环境，对低氧、低温逐渐形成了适应性特征，如肺脏重为其体重的1.1%—1.7%，心脏的重量占其体重的0.5%—0.8%[21]。

miRNA是参与转录后表达水平调节的重要因子，是表型调控的重要潜在位点，而缺氧会影响某些特定组miRNA的表达[22-23]，本研究通过高通量测序分析，去除质量值低于20的碱基数超过1个或含有N的片段，以及rRNA，scRNA，snoRNA，snRNA，tRNA，得到高质量片段，结果分析表明藏黄牛和宣汉黄牛miRNA的长度均集中分布在21 nt，符合典型的Dicer酶切割成熟的miRNA的长度分布[24]。在RT-qPCR验证试验中，bta-miR-499的表达趋势与测序数据不一样，可能是由于样本量较少和试验方法不同而造成的，但其他miRNA的表达趋势和测序结果中miRNA的表达趋势基本相同，表明本研究所得数据有较高的可信度。研究显示，缺氧诱导因子（HIF）可作为氧稳态的主要调节剂，能够刺激红细胞生成；脯氨酰羟化酶蛋白(EGLN1)错义突变编码的脯氨酰羟化酶2（PHD2）是HIF依赖的负调节剂，在适应低氧的情况下可防止红细胞增多症；细胞过度磷酸化缺陷型的过度表达能够干扰MAPK依赖性,从而调节HIF的活性[25-26]。本试验的差异表达分析及生物信息分析结果表明，bta-miR-499y的靶基因EGLN1和HIF1，miR-101-y的靶基因EGLN1、bta- miR-101的靶基因EGLN1，bta-miR-2284p的靶基因MAPK均属于低氧适应性基因。推测这些miRNAs可能通过这些低氧适应性相关基因从而参与低氧适应性的调控。

在差异表达分析中，我们共挖掘了219个差异表达miRNAs（48个显著上调，171个显著下调），说明miRNA主要通过负调控基因的表达从而参与到机体生长发育的过程中。但也有相关研究表明miRNA的作用机制也会因细胞所处的发育阶段或特殊的生理条件而存在差异[27]。有研究发现，miRNA在牦牛和黄牛心脏组织中的差异表达基因富集到胰岛素信号通路、mTOR信号通路和HIF-1信号通路等与低氧适应性调控密切相关的信号通路中；藏鸡适应高原环境也是通过HIF-1信号通路、黑色素生成、DNA修复等通路实现[28-29]。这与本研究得到的KEGG信号通路分析结果基本一致，说明miRNA靶向的差异表达基因具有较高的保守性。本试验差异表达miRNAs靶基因功能富集分析表明，富集最多的GO条目涉及细胞过程和代谢过程，推测差异表达miRNAs参与心肌细胞增殖及能量代谢等生理过程。

mTOR信号通路属于磷脂酰肌醇-3激酶，其通过MTOR C1（MTOR complex1, MTOR C1）和MTOR C2（MTOR complex2,MTOR C2）实现对细胞生长、增殖等生理功能的调控[30]。MTOR C1对心脏有保护作用；而MTOR C2能够保护心脏结构和功能[31-32]。前人研究表明激活PI3K-AKT-mTOR信号通路能促进细胞生长[33]，它诱导激活的miR-199a[34]和miR-21[35]能通过靶向GLUT1（胰岛素依赖性葡萄糖转运蛋白）调节葡萄糖代谢。HIF依赖性代谢适应有助于活细胞保持完整性，维持能量供应，并在低氧条件下维持其功能；缺氧情况下，能够启动缺氧诱导因子-1a（HIF-1a）的表达，并进一步诱导VEGF（血管内皮生长因子）和MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）等靶基因的表达，促进血管生成及发育、呼吸系统发育和心肌细胞发育等细胞组织生理变化[36-39]。有研究发现，miR-20a能通过靶向HIF-la来调节VEGF的表达[40]。bta-miR-101主要富集到胰岛素信号通路和mTOR信号通路，推测bta-miR-101能够促进细胞生长；bta-miR-499和bta-miR-126-3p等miRNA同时作用于胰岛素信号通路、mTOR信号通路和HIF-1信号通路，由此推测，bta-miR-499和bta-miR-126-3p等miRNA可能通过HIF-1信号通路增加氧气的运输量，为机体提供更多氧气以适应高海拔环境。同时，也有研究发现，miR-101可以在缺氧情况下减少心肌细胞凋亡[41]；miR-499能够抑制心肌梗死后心肌纤维化并且改善心脏推动血液循环的功能[42]；miR-126-3p促进VEGF表达[43]。本研究结果表明，有12个靶基因（PIK3C、PIK3R、RP-S6e、EIF4E、MAPK1-3、AKT、RPS6KB、IGF1、mTOR、EIF4EBP1、HIF1A、PRKCG）共同参与胰岛素信号通路、HIF-1信号通路和mTOR信号通路，推测差异表达miRNAs可能通过这些靶基因参与藏黄牛的低氧适应性机制的调控。

文章来源：《心脏杂志》网址: http://www.xzzzzzs.cn/qikandaodu/2021/0415/776.html