氢分子与基因调控学习笔记

丁文京北美医学教育基金会

氢分子与基因调控学习笔记
基因和环境之间的复杂相互作用涉及神经精神疾病的多个方面，从确定个体的发病脆弱性到影响其对治疗干预的反应。从这个角度来看，更好地理解生物体对环境刺激的反应并提供协调和适应的反应似乎至关重要。在中枢神经系统中，神经元可塑性和神经传递是整合基因和环境刺激之间复杂相互作用的主要过程。特别是，即时早期基因（IEG）是这些相互作用的关键组成部分，因为它们为神经元活动的快速和动态反应提供了分子框架，同时通过调节广泛基因的表达为持久和持续的适应提供了可能性。因此，IEG与神经元活动以及中枢神经系统内的各种高阶过程密切相关，如学习、记忆和对奖励的敏感性。
动物实验结果表明，富氢水能上调Treg和下调miR-21、miR-210和NF-κB表达,对全脑缺血/再灌注大鼠的神经保护作用。
用脂多糖激活视网膜小胶质细胞，然后用氢饱和培养基或不含氢的正常培养基处理。qRT-PCR用于检测这两组之间miR-9、miR-21和miR-199的表达差异。此外，通过Western印迹法检测脂多糖诱导的信号蛋白，包括Myd88、IKK-β、NF-κB和PDCD4的表达。氢分子调节脂多糖激活的视网膜小胶质细胞中miR-9、miR-21和miR-199的表达。
氢处理显著下调miR-9和miR-21，上调miR-199；氢处理后Myd88和IKK-β的表达降低，而PDCD4增加，NF-κB的表达没有显著变化。
口服氢水可增加胃内生长素的表达和分泌，氢水的神经保护作用被生长素受体拮抗剂和生长素分泌拮抗剂所消除。
氢气通过靶向3号染色体抑制肺癌进展。
氢分子在许多人类疾病及其动物模型中，尤其是帕金森病中。氢水已显示对帕金森病患者具有疾病调节作用，对实验性帕金森病模型小鼠具有神经保护作用。然而，氢补充不会导致纹状体变化，表示间接影响。
氢调节各种信号转导途径和许多基因的表达。氢分子通过修饰氧化磷脂介体的自由基链式反应依赖性生成来调节基因表达。
将培养细胞暴露于氢依赖性的自氧化磷脂物种可减少Ca（2+）信号转导并介导各种基因的表达。在培养的细胞中，氢抑制自由基链式反应依赖性过氧化，并恢复增加的细胞Ca（2+），导致Ca（3+）依赖性基因表达的调节。氢可能通过改变氧化磷脂介体的自由基依赖性生成，通过Ca（2+）信号转导途径调节基因表达。
大鼠肝脏的表达谱表明，氢对正常大鼠个体基因表达水平的影响最小。
摄入氢饱和饮用水可上调肝脏氧化还原相关基因。在大鼠中研究了给药氢分子饱和饮用水（氢水）对肝脏基因表达的影响。使用DNA微阵列，在施用氢水4周后，在肝脏中检测到548个上调基因和695个下调基因。基因本体分析显示，氧化还原相关蛋白的基因，包括羟甲基戊二酰辅酶A还原酶，在上调基因中显著富集。
基因本体分析显示氧化还原相关基因上调。在啮齿动物疾病模型中，分析了单个基因和蛋白质的表达。在许多疾病模型中，氢下调促炎细胞因子，包括肿瘤坏死因子（TNF-）  α、 白细胞介素-1β、白细胞介素-6、白细胞介素-12、干扰素（干扰素-γ、 和高迁移率族盒1（HMGB1）。


miRNA是小的非编码RNA，平均长度为22个核苷酸。大多数miRNA从DNA序列转录成初级miRNA（pri-miRNA），并加工成前体miRNA（pre-miRNAs）和成熟miRNAs。在大多数情况下，miRNA与靶mRNA的3′UTR相互作用以抑制表达。miRNA与其他区域的相互作用，包括5′UTR、编码序列和基因启动子。miRNA在某些条件下可激活基因表达。研究表明，miRNA穿梭于不同的亚细胞间，以控制翻译甚至转录的速率。
miRNA对正常动物发育至关重要，并参与多种生物过程。miRNA的异常表达与许多人类疾病相关）。此外，miRNA被分泌到细胞外液中。细胞外miRNA已被广泛报道为多种疾病的潜在生物标志物，它们还充当介导细胞间通信的信号分子。动物中miRNA生物生成的不同途径及其基因表达调控的复杂性。miRNA在细胞内定位和功能的动力学。miRNA的分泌和循环以及细胞外miRNA在介导细胞间通讯中的潜在作用。
自20世纪90年代早期发现miRNA以来，在细胞内如何产生miRNA、它们如何对基因表达发挥调节作用以及它们如何参与各种生理和病理事件方面取得了巨大进展。现在很清楚，miRNA是强大的基因调控因子，它们不仅有助于控制mRNA的稳定性和翻译，还参与转录。然而，我们对miRNA何时以及如何对转录发挥调控作用的理解是有限的。类似地，miRNA诱导翻译激活的条件需要进一步探索。此外，在试图概括miRNA能力时，应仔细分析和考虑实验技术和模型系统。试管中miRNA活性的测定可能不会在细胞环境中重现，因此应谨慎观察。通过将前miRNA或成熟mRNA模拟物转染到永生化细胞系和癌细胞系中，已经进行了许多体外研究。这些研究的结果在多大程度上反映了体内内源性miRNA功能，需要进一步研究。此外，在miRNA中添加化学标记也可能影响miRNA:MRE相互作用或AGO:miRNA相互作用，特别是5′和3′miRNA核苷酸修饰。第一个和最后一个miRNA核苷酸钳制AGO蛋白质中的miRNA，因此这些区域的标签可能以不可预测的方式影响miRNA的功能。
最近的研究揭示了miRNA作用的动态性质，并进一步揭示了miRNA介导的基因调控的复杂性。许多因素影响miRNA的活性，包括亚细胞位置、miRNA/mRNA丰度、miRNA:MRE亲和力、细胞类型/状态以及各种miRISC成分的可用性。细胞核中的miRNA在调节转录和选择性剪接中起作用。胞质微溶体成分在不同的隔间之间穿梭。此外，它们的定位、miRNA和靶mRNA的水平以及miRNA-mRNA相互作用的亲和力对于有效的基因调控非常重要。单分子成像的最新进展将对该领域产生重大影响，这一点已经开始。以高时空分辨率观察单个miRNA和/或mRNA的运动将有助于我们以前所未有的方式了解这一复杂动态。大规模、全球miRNA相互作用组的研究也将推动这一领域的发展，使强大的数学模型能够应用于高度复杂的调控网络。
现在人们普遍认为，细胞外/循环miRNA不仅可以作为疾病的生物标志物，而且在细胞间通讯中发挥重要作用。miRNA调节宿主细胞的活性，它们也被分泌并转移到受体细胞。许多研究表明，细胞外miRNA在受体细胞中具有功能活性。一些miRNA甚至可以与细胞表面受体（如Toll样受体）相互作用。因此，miRNA具有激素样活性。然而，迄今为止进行的大多数研究都是使用不同细胞类型的共培养在体外进行的。需要更多的体内研究来确定miRNA是否在生理条件下靶向特定细胞。尽管已经提出了微受体，但除了Toll样受体外，它们还有待鉴定。细胞分泌和吸收miRNA的机制尚不清楚，需要进一步研究。