《Scientific Reports》:Most purported brain-released plasma circular RNAs detected in stroke likely originate from white blood cells
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本刊推薦:如何確認急性腦卒中新型生物標志物的細胞來源是精準診斷的關鍵。本文圍繞一組被認為在腦缺血時從大腦釋放入血的24種血漿環狀RNA(circRNA)展開研究。通過分析大規模人體多組織RNA測序數據,研究者發現其中多數circRNA的最高表達水平存在于血液而非腦組織。結果表明,這些circRNA更可能來源于循環白細胞,而非此前認為的大腦,這大幅降低了其作為急性卒中生物標志物的潛力,為后續生物標志物研究提供了關鍵的來源甄別思路。
在急診室里,時間是搶救大腦功能最寶貴的資源。急性缺血性腦卒中(AIS)的快速、準確診斷對于啟動溶栓或取栓等再通治療至關重要,任何誤判或延誤都可能導致患者殘疾甚至死亡。因此,尋找一種能夠在血液中快速檢測、并高度特異性地指示腦組織損傷的生物標志物,一直是神經科學和臨床醫學領域孜孜以求的“圣杯”。近年來,環狀RNA(circular RNA, circRNA)——一類具有共價閉合環狀結構、不易被核酸外切酶降解的非編碼RNA——因其在體液中相對穩定存在,成為液體活檢和生物標志物研究的新寵。先前有研究報告了一組包含24種的血漿circRNA,認為它們在急性缺血事件期間會從受損的腦組織釋放進入血液循環,因而有潛力作為急性腦卒中的診斷生物標志物。這一發現無疑令人振奮。
然而,科學探索常常在希望中夾雜著疑慮。原始研究在生物標志物發現方法上可能存在局限,一個根本性問題浮出水面:這些在卒中患者血漿中水平發生變化的circRNA,真的來自大腦嗎?它們會不會是身體其他部位(尤其是血液中的細胞)對全身性應激反應的非特異性產物?如果后者成立,那么這些circRNA作為腦特異性損傷標志物的價值將大打折扣,甚至可能誤導臨床判斷。這就像一個“信號溯源”的難題:我們檢測到了一個強烈的“求救信號”(血漿circRNA水平變化),但必須確認這個信號是否真的來自“事故現場”(大腦),而不是來自沿途喧鬧的“圍觀群眾”(其他組織,特別是血液細胞)。
為了解開這個謎團,澄清這24種血漿circRNA真正來源于大腦的可能性,一個研究團隊決定從源頭入手——直接審視這些RNA分子在人體各種組織中的“出生地”和“活躍度”。他們提出一個清晰的邏輯:如果一個分子被提議作為腦源性生物標志物,那么理論上,它在腦組織中的表達水平應該相對較高,尤其是在與血液等非神經組織相比時。研究人員巧妙地利用了一個大規模人類捐贈者的全基因組RNA測序(RNA-seq)數據庫。這個數據庫如同一幅詳盡的人體“基因表達地圖”,涵蓋了31種不同的組織類型,自然也包括了大腦。他們的策略直接而有力:將這24種候選circRNA的“肖像”與這張“地圖”進行比對,看看它們在哪個“區域”(組織)最“活躍”(表達水平最高)。
具體來說,研究團隊系統地評估了這24種circRNA在這31種人體組織中的表達水平。分析結果指向了一個出乎意料但至關重要的結論。在這24種曾被寄予厚望的候選者中,多達17種(占70.8%)在血液中的表達水平,超過了包括大腦在內的所有其他被分析的組織類型。換句話說,這些circRNA在血液細胞(主要是白細胞)里本身就“產量”很高。與之形成鮮明對比的是,只有1種(占4.2%)circRNA在腦組織中的表達水平獨占鰲頭。其余少數circRNA則在脾臟、肺等其他組織表達最高。這幅全身性的表達譜清晰地揭示:之前研究中檢測到的大多數血漿circRNA變化,其更可能的來源是循環系統中的白細胞,而非發生缺血損傷的腦實質。這就好比發現火災現場附近空氣中彌漫的濃煙(血漿circRNA),其主要成分經分析后,被發現與附近一個一直在冒煙的工廠(血液循環中的白細胞)排出的煙塵更為相似,而非來自火災建筑本身。這一發現從根本上動搖了這24種circRNA作為急性腦卒中特異性生物標志物的理論基礎,顯著降低了它們的潛在應用價值。這項研究強調了在發現體液生物標志物時,進行嚴謹的細胞和組織來源甄別的重要性,防止將系統性的“背景噪音”誤讀為特異性的“病理信號”。該研究已發表在《Scientific Reports》期刊上。
為了開展這項溯源研究,研究人員主要依賴于生物信息學分析和已有大型數據庫的挖掘。其核心方法是利用公開可用的大規模人類多組織RNA測序(RNA-seq)數據隊列。通過對來自31種不同人體組織(包括全血、大腦各分區及其他器官)的測序數據進行重新分析,量化并比較了24種目標環狀RNA(circRNA)在不同組織中的表達豐度。這種方法無需自己采集樣本進行實驗,而是通過對已有組學數據的二次分析來回答特定的生物學問題。
研究結果
候選血漿circRNAs在非神經組織中普遍高表達
通過系統分析24種候選circRNA在31種人體組織中的表達譜,研究發現絕大多數分子在其推定的來源組織(大腦)中并非表達最高。具體數據顯示,17種circRNA在血液中的表達水平是其全身組織表達譜中的單一峰值。相比之下,僅發現1種circRNA(circTulp4)在腦組織中表達最高。此外,有3種circRNA在脾臟表達最高,2種在肺中表達最高,另有1種在心臟中表達最高。這一分布模式強烈提示,大部分候選分子在血漿中的存在更可能反映了其從血液細胞(白細胞)的釋放或溢出,而非來自缺血性腦組織。
基于表達量的腦源性概率評估
為進一步量化每個候選circRNA來源于大腦的可能性,研究者計算了其在腦組織與血液中的表達量比值。結果顯示,在24種circRNA中,有20種在血液中的表達量超過在大腦中的表達量。對于許多circRNA,其在血液中的表達水平是腦組織的數十倍甚至數百倍。例如,circFAM13B在血液中的表達量估計是腦組織的450倍,circZC3H6在血液中的表達是腦組織的247倍。如此懸殊的表達差異使得在卒中后觀察到血漿水平升高時,將其歸因于腦源性釋放在生物學上極不可能。即使對于少數在腦中表達量高于血液的circRNA,其在其他非神經組織(如脾、肺)中的更高表達也對其特異性提出了挑戰。
對原始研究中差異表達結果的再審視
本研究還將組織表達數據與原始文獻中報道的卒中患者血漿circRNA差異表達結果進行了對比。分析發現,那些在原始研究中顯示出最顯著上調的circRNA(如circFAM13B, circZC3H6, circBBS2),恰恰是在當前分析中顯示出來源于血液的可能性最高的分子。這種相關性進一步支持了替代假說:觀察到的血漿circRNA水平變化,更可能是卒中引發的全身性炎癥反應導致白細胞釋放增加所致,而非大腦特異性損傷的直接產物。
結論與討論
本研究通過對大規模人體多組織轉錄組數據的分析,對一組曾被提議作為急性缺血性腦卒中(AIS)生物標志物的24種血漿環狀RNA(circRNA)的細胞來源進行了嚴謹的再評估。主要結論指出,這組候選生物標志物中的大多數(70.8%)其最高的基礎表達水平存在于血液組織中,而非大腦。僅極少數(4.2%)在大腦中表達最高。全身范圍的表達譜清楚地表明,大多數被研究的血漿circRNA可能起源于循環白細胞,而非如最初所認為的來自大腦。
這一發現具有重要的科學意義與臨床啟示。首先,它揭示了早期生物標志物發現研究中的一個潛在方法學陷阱:在未充分考慮靶分子在全身各組織,特別是血液細胞中的基礎表達背景的情況下,直接將體液(血漿)中檢測到的差異信號歸因于特定器官(大腦)的病變,可能導致對其來源和特異性的錯誤解讀。本研究表明,許多在AIS患者血漿中發生變化的circRNA,其更可能是全身應激反應(如炎癥、凝血激活)的伴隨現象,而非腦缺血的特異性指示物。因此,它們的診斷特異性被大大削弱,作為理想腦卒中生物標志物的潛力顯著降低。
其次,這項研究為未來的液體活檢和生物標志物研究提供了一個關鍵的方法學框架。在聲稱某種分子是某一特定器官或疾病的“泄漏”標志物之前,必須系統地評估其在所有主要人體組織中的表達分布,以確定其最可能的細胞來源。這對于像circRNA這類在許多組織都有基礎表達的分子尤為重要。研究強調,結合組織特異性表達數據應成為生物標志物發現和驗證流程中的標準步驟,以提高發現的特異性和臨床轉化的成功率。
盡管本研究基于生物信息學分析,需要后續實驗(如通過細胞模型或動物模型直接比較不同組織對血漿 circRNA 池的貢獻)進一步證實,但其結果強烈呼吁在對這組特定的 circRNA 作為卒中生物標志物投入更多臨床驗證資源之前,需保持審慎。最終,這項工作將研究焦點重新引導至生物標志物研究的根本原則——特異性與來源可靠性之上,為推動發現真正可靠的急性腦卒中診斷工具奠定了更嚴謹的基礎。