泡状棘球蚴感染后宿主肝脏基因表达变化的高通量分析研究

Human alveolar echinococcosis (AE) is one of the most severe zoonosis. At the present time, the molecular mechanism of pathogenesis, host immune response and parasite-host relationship has not been fully illustrated. As such, the new therapeutic methods and effective diagnostic techniques are needed to be improved. In previous study, we established technology platform for proteomics and mass data analysis. We also investigated host hepatic gene expression and found that most of the down-regulated proteins are related to metabolism. In this project, we will conduct a high-throughput analysis using microarray and proteomic technology to investigate the host hepatic gene/protein expression profile. We will identify a series of biological function and signaling pathways in response to AE. Based on the analysis of genes with significantly changed expression, specific molecular bio-markers would be identified and characterized for diagnosis, drug targeting therapy, evaluation of therapeutic effects and control of AE. This study will be helpful for understanding the molecular mechanism of pathogenesis, as well for developing the new therapeutic and diagnostic methods for AE.

泡状棘球蚴病是一种严重危害人体健康、被我国列为重点防治的人兽共患病。目前对该病的致病机理、宿主应激反应以及宿主-寄生虫相互作用的调控网络机制尚未完全阐明，同时亟需发展该病的新型免疫诊断技术及有效治疗手段。我们前期工作中建立了蛋白质组学技术及数据分析信息平台，对宿主肝脏基因表达变化进行初步研究，发现部分代谢相关蛋白的表达下调。本项目中我们将运用基因芯片技术和蛋白质组学技术，结合生物信息学分析手段，从基因转录及翻译水平对泡状棘球蚴感染中晚期后宿主肝脏基因表达变化进行高通量分析研究。通过分析表达变化极为显著的基因/蛋白，鉴定出宿主肝脏被影响的一系列生物学功能及相关信号转导通路，筛选可用于泡状棘球蚴病诊断、治疗、病情监测、疗效评估的候选分子，以及肝脏代谢病理损伤的特异性标记分子。本项目对加深探索泡状棘球蚴致病机理及宿主病理变化的分子机制具有重要意义，为发展该病的新型诊疗技术提供理论基础和技术支持。

本项目运用基因芯片技术及质谱技术对感染晚期宿主肝脏基因/蛋白表达谱进行了高通量分析研究，从整体上对泡状棘球蚴病引起的宿主基因表达变化进行了描述。研究结果发现，泡状棘球蚴感染后宿主肝细胞中有342个基因mRNA表达水平变化显著，其中241个基因表达水平上调，101个基因表达水平下调。GO功能富集分析结果表明上调的基因多与免疫应激相关，同时很多基因还涉及到细胞增殖和分化以及细胞凋亡，而下调的基因大多数与代谢相关，如脂肪酸代谢。蛋白质组学研究结果发现共有73个蛋白在感染组小鼠中变化显著。GO功能分析结果显示表达差异显著的蛋白与多个功能类别相关，其中主要功能类别与基因芯片实验结果吻合，如急性炎症反应，应激反应，氧化还原酶活性，脂肪酸代谢等。与cDNA芯片实验结果一致的是，表达上调的蛋白多与防御和免疫反应功能相关，而下调的蛋白与氧化还原酶活性功能、细胞代谢功能相关。本项目研究鉴定出宿主肝脏被影响的一系列生物学功能及相关信号转导通路，如细胞凋亡信号途径和脂肪酸代谢途径。前者在泡状棘球蚴感染晚期的肝细胞中被激活，而后者则被抑制。本项目为深入了解泡状棘球蚴致病机理、免疫逃避机理和宿主免疫应答机制做出了基础性研究贡献，筛选获得的重要分子也将为今后泡状棘球蚴病新型诊断标记的研发、发现新的药物导向治疗靶标提供基础。同时结合早期感染情况分析，研究结果亦可以运用于泡状棘球蚴病的病情监测和药物疗效评估。