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目的:1型糖尿病患者常出现骨质疏松表现,并伴有较高的骨折风险.本研究采用高通量的基因转录组测序和小RNA测序技术,结合生物信息学技术筛选1型糖尿病骨病相关基因,期望在分子水平更全面的了解高血糖环境下与骨代谢相关的基因的表达变化.
方法:用腹腔注射链脲佐菌素(streptozotocin, STZ)的方法构建了1型糖尿病小鼠模型,并对治疗组小鼠进行了胰岛素注射治疗.建模成功三个月后,从影像学(uCT和X线)和组织学(IHC)水平对糖尿病组、糖尿病胰岛素治疗组、野生型组的小鼠股骨形态和骨密度进行分析,确定糖尿病骨病表型.应用转录组测序和小RNA测序技术在转录组水平上寻找三组中的差异表达基因(mRNA和miRNA),并进一步对结果进行信息学技术分析(KEGG分析和GO分析)和micro-RNA靶基因预测.
结果:1.通过股骨x线以及micro-CT等确认糖尿病小鼠出现骨质疏松，同时发现胰岛素治疗组小鼠的骨表现获得一定改善.2.在野生型鼠、1型糖尿病鼠和糖尿病胰岛素治疗鼠的股骨组织总RNA中应用转录组测序寻找到大量差异表达的基因:入选标准当log2绝对值＞2时，野生型组和糖尿病组差异基因36个;糖尿病组和胰岛素治疗组差异基因27个;野生型和糖尿病胰岛素治疗组差异基因28个。MicroRNA测序中野生型组和糖尿病组差异表达的MiRNA30个，糖尿病组与胰岛素治疗组差异MiRNA29个，其中对胰岛素治疗敏感的MiRNA有15个。3.将筛选到的差异基因转录本和差异microRNA进行信息学分析后，发现对比野生型组和糖尿病组的差异基因中，与骨骼系统的生长发育相关的基因有21个，如runx2,cbfb,sox6等;与成骨细胞分化相关基因7个。胰岛素治疗组和糖尿病组的差异基因中与免疫调节相关的基因有30个;与糖代谢过程相关的基因19个;与胶原纤维形成相关的有7个;与成骨细胞分化相关基因7个.另外，筛选到的miRNA结果中也包含一些目前已知与成骨细胞分化、骨形成相关的miRNA，如mir-125. mir-133. mir-214等。
结论:通过生物信息学分析和靶基因预测发现在1型糖尿病小鼠骨组织中的一些糖尿病相关差异基因，可能通过影响成骨细胞成熟分化，骨基质形成、骨组织代谢等途径引起糖尿病骨病表现.