结核分枝杆菌应答基因调控网络构建及其在活动性肺结核体液早期诊断中的关键技术研究

Pulmonary tuberculosis is one of the major infectious diseases endangering human health, among which, about 20 million people (10%) of the 2 billion latent tuberculosis would develop into active tuberculosis. Immune response of the host genes is essential for the progression of active tuberculosis after infection. And must of the previous studies were focused on the host immune system resistance of mycobacterium tuberculosis. In this research, novelly aimed at the response of host gene towards mycobacterium tuberculosis, we would construct a immune response regulation network of host genes towards mycobacterium tuberculosis infection, based on the core scientific problem that the regulation and dynamic interaction of metabolites in body fluids of pulmonary tuberculosis patients is helpful to tuberculosis diagnosis, through the comparative analysis of the body fluids genome and transcriptome data of active and stable pulmonary tuberculosis patients. Through further analysis and validation of the central node in this regulatory network, we would identify some specific metabolites of pulmonary tuberculosis. And through large-scale clinical validation, based on the signaling network,we would build a systematic and comprehensive pulmonary tuberculosis diagnostic marker high-throughput screening method, which would provide a novel key technology for active tuberculosis early diagnosis and prognosis analysis.

肺结核是危害人类健康的重大传染性疾病，全球20亿人结核分枝杆菌感染，约有2 000万人（10%）会发展为活动性肺结核。宿主基因对结核分枝杆菌感染后的免疫应答对活动性肺结核的疾病进展至关重要。以往的研究多注重于结核分枝杆菌自身对宿主免疫系统的抵抗作用。本项目着眼于宿主基因对结核分枝杆菌应答反应的新视角，基于肺结核患者体液中的代谢产物及其调节和动态相互作用调控这一核心科学问题出发，通过肺结核活动期和稳定期患者体液中的基因组及转录组数据的对比分析及代谢物调控网络的分子偶联，构建宿主基因对结核分枝杆菌应答反应的调控网络。通过对调控网络中重要的中枢节点进行进一步分析和验证，确立肺结核这一重大传染性疾病特异性复合代谢产物。通过大规模临床样本的验证，最终建立基于信号传导网络的、系统的、全面的体液中活动期肺结核复合代谢产物诊断标志物高通量筛选，为活动性肺结核的早期诊断和疾病转归提供创新性关键技术。

本项目应用课题组已搭建的人工智能生物数据云处理平台，开展了结核分枝杆菌应答基因调控网络构建及结核体液早期诊断技术的研究。项目绘制了活动性结核（TB）和潜伏感染结核（LTBI）异常分子表达谱。通过分子模拟与分子欧联分析，我们分别建立了活动性结核和潜伏感染结核特异性异常应答分子共调控网路。在此基础上，分析了其中存在的共性和差异特征，筛选建立了基于Web集成平台系统的潜伏感染结核感染潜在体液诊断标志物簇1组。此外，我们挖掘了潜伏结核感染应答分子模块，功能分析预测其可能通过PI3K-Akt信号通路，影响了巨噬细胞凋亡。然后，项目应用结核分枝杆菌感染THP-1诱导巨噬细胞模型，鉴定了网络模块中枢节点分子let-7a-2-3p在结核分枝杆菌感染后，呈现显著性低表达，削弱了其对靶基因PIK3CG的表达抑制作用，进而PIK3CG的蛋白产物p110γ表达水平显著提高。与此同时，抗凋亡蛋白Bcl-2的表达也被激活，且流式细胞术检测发现，巨噬细胞的凋亡受到了抑制。而荧光素梅报告基因实验证实，let-7a-2-3p可与PIK3CG 3‘UTR区域1992-2013、以及3028-3049两个位点紧密结合。由此我们得出结论，潜伏感染时，let-7a-2-3p/PIK3CG模块可以通过异常调控PI3K-Akt信号通路，激活p110γ促进下游Bcl-2蛋白表达，抑制巨噬细胞凋亡，为结核分枝杆菌在巨噬细胞中持留提供了条件。综上，本研究的顺利完成，进一步明晰了结核分枝杆菌感染巨噬细胞的分子免疫应答机制，同时为活动性肺结核早期体液诊断技术研发提供了关键性的理论依据。