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技术前沿
CircRNA在银屑病和特应性皮炎中新发现
来源: | 作者:geneseed | 发布时间: 2020-11-10 | 91 次浏览 | 分享到:

2020年5月26日,丹麦奥尔胡斯大学Kristensen教授Experimental Dermatology杂志上发表了一篇题为“haracterization of Circular RNA Transcriptomes in Psoriasis and Atopic Dermatitis Reveals Disease-specific Expression Profiles“的文章,揭示了银屑病和特应性皮炎中circRNA转录水平的特异性变化,并且特定的circRNA或可作为区分AD和银屑病的标志物[1]




研究背景


银屑病和特应性皮炎(AD)是两种常见的慢性炎性皮肤病,与多种并发症相关。几项基于高通量RNA测序(RNA-seq)的研究发现银屑病和AD样本中富集了许多编码和非编码RNA。circRNA是一类主要的非编码RNA,与许多人类疾病包括神经疾病、心血管疾病、糖尿病、慢性炎症性疾病、和癌症等相关,但目前尚未有circRNA与慢性炎症疾病(银屑病和AD)是否相关的研究报道。因此作者对银屑病和AD患者中circRNA的转录水平进行了研究,期望为进一步剖析CircRNAs在这些疾病中的潜在功能作用,了解疾病的发病机制,寻找潜在的治疗靶点。


1. CircRNA的筛选与变化


首先通过对135例皮肤样本进行深度的RNA-seq测序分析鉴定出了39286个CircRNA,并将银屑病和AD患者(皮损和非皮损)的CircRNA图谱与健康对照进行了比较。已鉴定的CircRNA主成分分析(PCA)结果表明,各组样本聚集较好且健康对照皮肤样本与银屑病和AD皮损皮肤样本显著分离。此外尽管许多非皮损皮肤样本与健康皮肤样本重叠,但是仍然可以观察到非皮损样本向皮损样本延伸的趋势,其中相比于女性,男性非皮损皮肤样本与健康样本分离更显著(图1a)。接下来对前414个丰度的CircRNA进行可视化热图分析,结果显示皮损皮肤与非皮损和健康皮肤的分离主要是因为皮损皮肤样本中大量CircRNA的下调所致,此外排除了一些临床因素(年龄/性别)的影响(图1b)。





2. 不同样本组间差异表达CircRNA的鉴定


上述结果表明 CircRNA的表达量与银屑病和AD相关。因此接下来对不同组别之间CircRNA表达进行了差异分析(P<0.05,FC>1,图2)。与健康皮肤相比,银屑病皮损皮肤中大部分的差异CircRNA均表现为下调(图2a,b);总的来说,相比于健康皮肤和非皮损皮肤,皮损皮肤中CircRNA含量显著减少。其中CIRS-7、CircEXOC6B、CircSLC8A1和CircRHOBTB3下调最为显著;CircTNFRSF21、CircDOCK1、CircARAP2、CircZRANB1和CircDDX21上调最为显著(图2b)。当比较AD皮损皮肤和健康对照时,同样大多数在皮损皮肤中下调(图2a,c)。其中最显著下调的是CircRHOBTB3、CircDEGS1、CircDEF6、CircSWT1和CircCCDC7;CircRNA(CircTNFRSF21和CircDDX21)显著上调。比较AD和银屑病皮损皮肤,发现大多数CircRNA在AD样本中更为丰富。尤其是CIRS-7在AD皮损皮肤中比银屑病皮损皮肤中丰富得多, 而在CircZRANB1中则相反。


3. CIRS-7和CircZRANB1可作为诊断标志物


尽管AD和银屑病临床症状不同,但是他们在分子结构上有较大重叠,因此有时难以鉴别。上述结果表明一些CircRNA在AD和银屑组之间存在差异表达(CIRS-7、CircEGLN3、CircLIFR、CircRIMS1、CircASPH、CircPARD3、CircTNFRSF19、CircXXC4-AS1、CircDENND4C、CircSLC43A1、CircATP2B4、CircSLAIN2、CircCERS6和CircZRANB1)。尤其是CIRS-7在银屑病中的含量要低得多,而CircZRANB1是银屑病皮损皮肤中唯一显著上调的CircRNA,并且显示出强大的生物标志物预测潜力(曲线下的面积分别为0.92和0.89)(图2e,f)。此外RNA显色原位杂交(CISH)结果进一步证实了银屑病皮损中CIRS-7的下调。同时,还验证了CIRS-7和CircZRANB1的环形属性。



4. CircRNA与AD和银屑病具有强相关性


与健康皮肤组相比,AD和银屑病皮损中显著下调的CircRNA有(ciRS-7, circRHOBTB3, circDEGS1, circDEF6, hsa_circ_0000233, hsa_circ_0008679, circPOF1B, circSUMF1, circSWT1)。此外,AD皮损中只有CircTNFRSF21和CircDDX21表达上调,同样在银屑病中表达也上调(图3a)。与这些结果一致,银屑病皮损皮肤和AD皮损皮肤(相对于健康对照组)的CircRNA表达变化之间有很强的相关性(r=0.78,P<1×10-4)(图3b)。尽管银屑病非皮损皮肤与健康皮肤无显著差异,但可以观察到银屑病非皮损皮肤相对于健康皮肤的circRNA表达变化与银屑病皮损皮肤相对于健康皮肤的circRNA表达变化之间存在显着相关性(r = 0.31,P <1×10-4)(图3c)。这表明从健康皮肤到非皮损皮肤的circRNA表达的微小变化在病变皮肤中进一步增强。同样地,AD非皮损皮肤相对于健康皮肤的circRNA表达变化与AD皮损皮肤相对于健康皮肤的circRNA表达变化之间也存在显着相关性 (r = 0.58和P <1×10-4)(图3d )。


5. 银屑病皮损中的许多差异 CircRNA是独立于其同源线性转录本改变的


接下来作者研究了在银屑病和AD皮损中发现的差异CircRNA是否独立于它们各自的同源线性转录本而发生改变。并绘制了CircRNAs表达变化与它们各自同源线性转录本的相应变化的图(图4)。与健康样本相比,银屑病和AD患者外周血中CircRNA和线性RNA表达的变化呈显著正相关(r=0.44和r=0.57,P<1×10-4)。然而,在银屑病的病例中,也有相当数量的CircRNAs(66个下调的CircRNAs中的31个)独立于其线性宿主基因表达。在银屑病皮损样本中,CIRS-7、CircLIFR、CircVCan、CircDEGS1、CircCXXC4-AS1、CircRIMS1和CircEGLN3基因表达均下调4倍以上,但其同源线性转录本相对稳定。此外,独立于线性转录本,四个circRNA,两个circDOCK1亚型,circZRANB1和circGRAMD4被上调2倍以上(图4a)。 然而,在AD皮损样本中,未发现有独立于同源线性转录本的circRNA失调(图4b)。






6. CircRNA表达与疾病严重程度评分无显著负相关


此外,作者分析了CircRNA丰度的变化是否与疾病严重程度评分(银屑病的PASI和AD的SCORAD)相关。首先,将每个皮损皮肤样本中高丰度CircRNA的平均表达水平与相应的疾病严重程度评分相关联。结果并不显著,但当考虑PASI和SCORAD时,两者呈负相关。这是因为相对于非皮损皮肤,CircRNA在皮损皮肤中整体下调。随后对在皮损皮肤中下调两倍以上的CircRNA的平均表达水平分析,发现了同样的负相关性,在AD的样本中相关性略强,但仍不显著。最后,作者研究了在银屑病皮损皮肤中独立和依赖于其同源线性宿主转录下调的CircRNA的平均表达。相关性很小且不显著,但只有独立的CircRNA与PASI评分呈负相关。因此作者推测,就疾病的严重程度,样本的同质性使得研究潜在的相关性更加困难,因此需要更广泛临床表型的患者样本来进行进一步的研究。



参考文献

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