高通量测序分析高血压伴或不伴牙周炎大鼠牙龈mRNA差异
Analysis of differentially expressed mRNA in gingival tissue of hypertensive rats with or without periodontitis based on next-generation sequencing
目的 基于高通量测序(next generation sequencing,NGS)技术分析高血压大鼠伴或不伴牙周炎状态下牙龈组织中的差异mRNA,旨在为高血压伴牙周炎的防治提供实验基础.方法 获得动物实验伦理委员会批准,通过给予含8%(w/w)NaCl的高盐饲料建立高血压大鼠模型,使用3-0的无菌丝线结扎大鼠下颌第一磨牙建立牙周炎大鼠模型,分为正常对照组(N组)、高血压组(H组)和高血压伴牙周炎组(PH组),测量血压、心率、牙槽骨吸收量和牙槽骨中破骨细胞数量;取3组牙龈组织进行NGS,分析组间差异基因表达;H组和PH组间所有差异基因行基因功能(gene ontology,GO)富集分析,行京都基因与基因百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析,行蛋白相互作用网络(protein-protein interaction,PPI)筛选关键基因;免疫组织化学验证关键通路中的关键基因在各组的表达,酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent as-say,ELISA)分析关键基因在各组全身循环中的表达.结果 实验终点(第11周)时,H组和PH组的血压均高于N组(P<0.001),但PH组的血压与H组比较无统计学意义,3组心率无统计学差异.Micro-CT显示PH组下颌第一磨牙的釉牙骨质界(cemento-enamel junction,CEJ)到牙槽骨嵴顶(alveolar bone crest,ABC)距离较N组和H组增加,牙槽骨中破骨细胞数量多于N组和H组(均P<0.016 7).3组的共同差异基因为0个,H组和PH组牙龈组织共 235 个差异基因,相较于H组,在PH组有P-选择素(P-selectin,SELP)、角蛋白 16(keratin 16,KRT16)和S100钙结合蛋白A9(S100 calcium binding protein A9,S100A9)等137个上调基因,以及FK506结合蛋白 5(FK506 binding protein 5,FKBP5)、介体复合体亚基 22(mediator complex subunit 22,MED22)和含锌指和BTB域16(zinc finger and BTB domain containing 16,ZBTB16)等98个下调基因.H组和PH组差异基因的GO分析结果提示,主要富集的生物学过程(biological processes,BP)为白细胞迁移,主要的细胞成分(cellular compo-nent,CC)为胶原三聚体复合物,主要的分子功能(molecular functions,MF)为细胞外基质结构的构建;H组和PH组差异基因的KEGG信号通路主要富集于细胞因子之间受体相互作用、白细胞介素-17(interleukin-17,IL-17)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)信号通路中.通过PPI分析筛选出4个作用于高血压状态下牙周炎的关键基因,包括白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、基质金属蛋白酶9(matrix metallopro-teinase-9,MMP-9)、Ⅰ型胶原α1(collagen type Ⅰ alpha 1,COL1α1)、趋化因子配体 1(chemokine ligand 1,CX-CL1).与N组和H组比较,IL-1β和TNF-α在PH组牙龈组织及全身血清中的表达均上调(P<0.016 7).结论 高血压伴牙周炎或不伴牙周炎时的差异mRNA为IL-1β和MMP-9以及差异信号通路为IL-17和TNF-α信号通路,为今后进一步研究高血压伴牙周炎的分子调控机制提供了实验基础.
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