脳由来エクソソームの環状RNAが血漿中で急性虚血性脳卒中の診断バイオマーカーとして機能する

急性虚血性脳卒中（AIS）、一般的に脳卒中と呼ばれる、は脳への血流が遮断され、組織損傷と神経機能障害を引き起こす深刻な疾患です。早期診断は効果的な介入と管理に不可欠です。なぜなら、タイムリーな治療により患者の予後を大幅に改善できるからです。したがって、AISの早期診断のための新しい方法の開発が急務となっています。多くの研究により、エクソソームに含まれる生物活性分子、特に環状RNA（circRNA）が、様々な疾患の理想的なマーカーとなることが示されています。しかし、エクソソームとそのcircRNAのAISの発症と予後への関与についての研究は少ないのが現状です。そこで本研究では、血漿中の脳由来エクソソームに含まれるcircRNAをAISのバイオマーカーとして使用する可能性を探ることを目的としています。

研究背景

AISは世界的に障害と死亡の主要な原因の1つです。統計によると、急性虚血性脳卒中による死亡と長期的な障害の数は毎年非常に多くなっています。現在、臨床におけるAISの主な対処法は、できるだけ早く閉塞した血管を再開通させることです。特に発症後24時間以内に行うことが重要です。なぜなら、この時間内の再灌流は虚血ペナンブラ組織を救うことができるからです。しかし、現存のマルチモダルイメージング法は虚血ペナンブラの存在を予測できますが、高度な機器と設備に依存するため、遠隔地での応用が制限されています。したがって、迅速かつ広く利用可能な診断方法の開発が非常に重要です。

circRNAは非コードRNAの一種で、特に脳組織に広く存在しています。circRNAは長いRNA転写物のバックスプライシングによって生成され、形成後の高い安定性で知られています。体液中のエクソソームは、診断バイオマーカーの開発に理想的な生物学的リソースとして広く認識されています。研究により、エクソソームにはcircRNAが豊富に含まれており、これらのcircRNAはエクソソーム中で高い安定性と濃縮度を示すことが分かっています。これは、生物学的機能と応用において重要な意味を持つことを示しています。

研究出典

本研究はXinli Jiang、Rui Zhang、Geng Lu、Yu Zhou、Jianfeng Li、Xinrui Jiang、Shuangshuang Gu、Hongwei Liang、Jun Wangらの研究者によって共同で実施されました。研究は2024年のJournal of Neuroimmune Pharmacology誌に掲載されました。

研究方法

サンプル収集と処理

研究には172名の脳卒中疑い患者と67名の非脳卒中対照群が参加し、そのうち一部のサンプルは高スループットシーケンシングに使用され、残りはリアルタイム定量逆転写PCR（qRT-PCR）検証に使用されました。サンプルは症状発現後72時間以内に収集され、すべての患者は入院後直ちに採血が行われ、磁気共鳴画像（MRI）または遅延コンピュータ断層撮影（CT）に基づいて診断が確定されました。

エクソソームの分離と分析

高スループットシーケンシング法により、脳梗塞患者の血漿脳由来エクソソームから358個の発現異常circRNA（23個の有意に上昇したcircRNAと335個の有意に下降したcircRNAを含む）を同定しました。ストレプトアビジン磁気ビーズとビオチン標識抗体を使用して、血漿から特定の脳細胞エクソソームを分離しました。

その後、透過型電子顕微鏡（TEM）、ナノ粒子トラッキング分析（NTA）、ウェスタンブロッティングを用いて、エクソソームの形態学的およびマーカータンパク質分析を行いました。結果は、これらのエクソソームがエクソソームマーカーCD63および脳由来エクソソーム特異的マーカーL1CAM、GLAST、TMEM119に富んでいることを示しました。

データ分析

バイオインフォマティクスおよび統計分析では、Circexplorer2を使用してcircRNAシーケンスデータの分析と注釈を行い、定量的正規化と低強度フィルタリングを行い、EdgeRソフトウェアを通じて有意に異なるcircRNA発現データをスクリーニングしました。

qRT-PCR検証

高スループットシーケンシング結果を検証するために、172名のAIS患者と67名の非AIS対照群において、5種類の上昇したcircRNA（hsa_circ_0007290、hsa_circ_0049637、hsa_circ_0000607、hsa_circ_0004808、hsa_circ_0000097を含む）についてqRT-PCR検証を行いました。結果は、これら5種類のcircRNAがAIS患者の血漿脳由来エクソソームにおいて、非AIS対照群と比較して有意に高い発現レベルを示しました。

ROC曲線分析

受信者動作特性（ROC）曲線分析を通じて、結果はhsa_circ_0007290、hsa_circ_0049637、hsa_circ_0000607、hsa_circ_0004808、hsa_circ_0000097の曲線下面積（AUC）がそれぞれ0.8317、0.8480、0.8973、0.8563、0.8772であることを示し、これらのcircRNAが高い特異性と感度を持つことを示しました。これら5種類のcircRNAの組み合わせをAIS患者と非AIS対照群の区別に使用したとき、AUC値は0.9209に達し、診断感度と特異度はそれぞれ95.08と80.65でした。

主な結果

研究は、これら5種類のcircRNAがAIS患者の血漿脳由来エクソソームで有意に上昇しており、その発現レベルが国立衛生研究所脳卒中スケール（NIHSS）および修正ランキンスケール（mRS）スコアと正の相関を示すことを発見しました。これは、これらのcircRNAがAISの早期診断マーカーとしてだけでなく、病状の進行を評価するためにも使用できることを示しています。

結論と意義

本研究は、血漿脳由来エクソソーム中のcircRNA（hsa_circ_0007290、hsa_circ_0049637、hsa_circ_0000607、hsa_circ_0004808、hsa_circ_0000097）がAISの理想的な診断マーカーとなり得ること、さらに治療介入の潜在的なターゲットとなる可能性を初めて明らかにしました。しかし、現在のデータは約200名の参加者に基づいているため、これらの発見をさらに評価し検証するためには、より多くのサンプルが必要です。

本研究はAISの迅速な診断に新しいアイデアと方法を提供し、重要な科学的価値と臨床応用の見通しを持っています。さらなる研究を通じて、AISの早期診断と治療に新しい手段を提供し、患者の予後を改善する可能性があります。