甲基苯丙胺亚急性染毒大鼠脑内星形胶质细胞转录组学变化

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2021.310207

法医学杂志 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (6): 806-812.DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2021.310207

所属专题：合成毒品的法医毒理学研究

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甲基苯丙胺亚急性染毒大鼠脑内星形胶质细胞转录组学变化

王涛¹(), 伍赛群², 谭晓辉¹, 陈传香¹, 岳霞¹, 王慧君¹, 杜思昊¹(), 乔东访¹()

^1.南方医科大学法医学院，广东广州 510515
^2.广东省公安厅刑事侦查局刑事技术中心，广东广州 510050

收稿日期:2021-02-08 发布日期:2021-12-25 出版日期:2021-12-28
通讯作者: 杜思昊,乔东访
作者简介:杜思昊，男，博士，助理研究员，主要从事法医病理学教学、科研和鉴定；E-mail：dusihao1992@smu.edu.cn
乔东访，男，博士，主任法医师，硕士研究生导师，主要从事法医病理学教学、科研和鉴定；E-mail：qiaodf@smu.edu.cn
王涛（1982—），男，实验师，主要从事法医病理学科研和鉴定；E-mail：523504985@qq.com
基金资助:
广东省基础与应用基础研究资助项目(2019A1515011987);国家自然科学基金青年基金资助项目(82001998);国家自然科学基金面上项目(81871528)

Transcriptomic Changes of Astrocytes in the Brain of Rats with Subacute METH Exposure

Tao WANG¹(), Sai-qun WU², Xiao-hui TAN¹, Chuan-xiang CHEN¹, Xia YUE¹, Hui-jun WANG¹, Si-hao DU¹(), Dong-fang QIAO¹()

^1.School of Forensic Medicine, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China
^2.Criminal Technology Center, Criminal Investigation Bureau, Public Security Department of Guangdong, Guangzhou 510050, China

Received:2021-02-08 Online:2021-12-25 Published:2021-12-28
Contact: Si-hao DU,Dong-fang QIAO

摘要/Abstract

摘要： 目的

研究甲基苯丙胺（methamphetamine，METH）染毒大鼠脑内星形胶质细胞的转录组学变化及在神经毒性中的可能作用机制。

方法

对大鼠每12 h腹腔注射（15 mg/kg） METH 1次，共8次，建立METH亚急性染毒大鼠模型。建模成功后，提取脑组织纹状体脑区，采用磁珠法进行星形胶质细胞分选。对分选的星形胶质细胞进行转录组学测序，并对差异表达基因进行基因本体（gene ontology，GO）分析和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路富集分析。

结果

METH染毒大鼠脑内星形胶质细胞通过转录组学测序共得到876个差异表达基因，其中上调基因321个，下调基因555个。GO分析发现，差异表达基因主要富集于细胞结构、生物学过程调控、细胞外基质及细胞器功能等过程。KEGG通路富集分析发现，类固醇生物合成、脂肪酸生物合成、过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR）、单磷酸腺苷依赖性蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）等信号通路有显著变化。

结论

METH可通过多靶点引起星形胶质细胞的结构改变，其中细胞结构、类固醇生物合成、脂肪酸生物合成可能在神经损伤中发挥重要作用，可为METH相关死亡的法医学鉴定提供新的思路。

关键词: 法医毒理学, 转录组学, 甲基苯丙胺, 星形胶质细胞, 差异表达基因, 信号通路

Abstract: Objective

To study the transcriptomic changes of astrocytes in the brain of rats exposed to methamphetamine （METH） and its possible mechanism in neurotoxicity.

Methods

The rats were intraperitoneally injected with METH （15 mg/kg） every 12 h for 8 times in total to establish the subacute rat model of METH. After the model was successfully established, the striatum was extracted, and astrocytes were separated by the magnetic bead method. Transcriptome sequencing was performed on selected astrocytes, and the differentially expressed genes were analyzed by gene ontology （GO） and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes （KEGG） pathway enrichment analysis.

Results

A total of 876 differentially expressed genes were obtained by transcriptome sequencing, including 321 up-regulated genes and 555 down-regulated genes. GO analysis revealed that differentially expressed genes were mainly concentrated in cell structure, biological process regulation, extracellular matrix and organelle functions. KEGG pathway enrichment analysis showed that steroids biosynthesis, fatty acid biosynthesis, peroxisome proliferators-activated receptor （PPAR）, adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase （AMPK） and other signaling pathways were significantly changed.

Conclusion

METH can cause structural changes of astrocytes through multiple targets, among which cellular structure, steroids biosynthesis and fatty acid biosynthesis may play an important role in nerve injury, providing a new idea for forensic identification of METH related death.

Key words: forensic toxicology, transcriptomics, methamphetamine, astrocyte, differentially expressed genes, signaling pathway

中图分类号:

DF795.1

王涛, 伍赛群, 谭晓辉, 陈传香, 岳霞, 王慧君, 杜思昊, 乔东访. 甲基苯丙胺亚急性染毒大鼠脑内星形胶质细胞转录组学变化[J]. 法医学杂志, 2021, 37(6): 806-812.

Tao WANG, Sai-qun WU, Xiao-hui TAN, Chuan-xiang CHEN, Xia YUE, Hui-jun WANG, Si-hao DU, Dong-fang QIAO. Transcriptomic Changes of Astrocytes in the Brain of Rats with Subacute METH Exposure[J]. Journal of Forensic Medicine, 2021, 37(6): 806-812.

图/表 7

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样本	质控后序列数目	质控后测序总数据	错误率/%	Q20/%	Q30/%	GC含量/%
C1	54 415 668	8.10×10⁹	0.024 7	98.17	94.47	51.72
C2	53 003 362	7.89×10⁹	0.024 3	98.31	94.81	51.79
C3	5 1534 094	7.69×10⁹	0.024 5	98.25	94.66	51.52
M1	5 3065 998	7.93×10⁹	0.024 4	98.29	94.75	51.60
M2	4 9762 862	7.42×10⁹	0.024 3	98.30	94.78	51.40
M3	5 6424 684	8.42×10⁹	0.024 4	98.29	94.74	51.35

样本	质控后序列数目	质控后测序总数据	错误率/%	Q20/%	Q30/%	GC含量/%
C1	54 415 668	8.10×10⁹	0.024 7	98.17	94.47	51.72
C2	53 003 362	7.89×10⁹	0.024 3	98.31	94.81	51.79
C3	5 1534 094	7.69×10⁹	0.024 5	98.25	94.66	51.52
M1	5 3065 998	7.93×10⁹	0.024 4	98.29	94.75	51.60
M2	4 9762 862	7.42×10⁹	0.024 3	98.30	94.78	51.40
M3	5 6424 684	8.42×10⁹	0.024 4	98.29	94.74	51.35

基因	对照组			METH组			变化
基因	C1	C2	C3	M1	M2	M3	变化
Cpt1a	32.49	37.16	38.16	17.00	16.18	16.73	下调
Acsbg1	18.03	18.81	18.17	8.82	8.44	8.10	下调
Fabp5	76.32	83.56	81.43	616.29	618.12	633.62	上调
Scd2	238.24	245.37	256.20	1 826.88	1 788.51	1 898.72	上调
Scd	3.64	4.55	3.24	304.36	291.66	317.70	上调
Acsl3	11.03	9.11	10.55	39.12	43.06	43.89	上调
Gdf15	3.67	3.61	3.77	70.98	60.61	43.44	上调
Acsl4	6.60	5.86	6.36	17.10	19.35	19.63	上调
Acsl6	2.24	3.00	3.85	14.39	12.23	13.37	上调
Fabp3	10.84	11.75	10.27	24.22	23.91	24.37	上调

基因	对照组			METH组			变化
基因	C1	C2	C3	M1	M2	M3	变化
Cpt1a	32.49	37.16	38.16	17.00	16.18	16.73	下调
Acsbg1	18.03	18.81	18.17	8.82	8.44	8.10	下调
Fabp5	76.32	83.56	81.43	616.29	618.12	633.62	上调
Scd2	238.24	245.37	256.20	1 826.88	1 788.51	1 898.72	上调
Scd	3.64	4.55	3.24	304.36	291.66	317.70	上调
Acsl3	11.03	9.11	10.55	39.12	43.06	43.89	上调
Gdf15	3.67	3.61	3.77	70.98	60.61	43.44	上调
Acsl4	6.60	5.86	6.36	17.10	19.35	19.63	上调
Acsl6	2.24	3.00	3.85	14.39	12.23	13.37	上调
Fabp3	10.84	11.75	10.27	24.22	23.91	24.37	上调

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