急性脑梗死（acute cerebral infarction，ACI）是因脑血管狭窄、闭塞或低灌注导致脑组织缺血缺氧性损伤的急性脑血管疾病，其典型病理特征为神经元坏死及脑组织软化，约占急性脑血管疾病的70%，具有起病急骤、机制复杂及预后差等特点，临床表现为运动、感觉、语言等多种神经功能缺损[1-5]。近年来研究表明，其神经损伤涉及多机制级联反应，包括能量代谢障碍与氧化应激、兴奋性氨基酸毒性引发的钙内流、神经炎症激活及血-脑屏障破坏，然而缺血早期关键基因的时序性表达规律尚未完全阐明[6-8]。

转录组测序技术能高通量解析基因表达动态，在捕捉缺血损伤等过程中关键基因变化方面具有重要价值，为生物标志物发现及治疗靶点筛选提供支持[9-11]。本研究利用永久性大脑中动脉栓塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）模型小鼠，通过多时间点行为学评估、转录组测序与RT-qPCR验证，系统筛选皮质组织差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs），旨在揭示ACI早期分子调控机制，为神经保护新靶点探索提供理论基础[12]。

1 对象与方法

1.1 实验动物

SPF级SD雄性C57BL/6J小鼠75只，6～8周龄，20～25 g，购自河南斯克贝斯生物科技公司，实验动物合格证号：4100000000605，实验动物生产许可证号：SCXK（豫）2025-0005，实验动物使用许可证号：SYSK（豫）2023-0011。本研究经河南科技大学动物伦理委员会审查并批准（HAUST-025-M0610039）。

1.2 主要仪器与试剂

高速冷冻离心机（型号：H1650R）购自湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；荧光定量PCR分析仪（型号：Rotor-Gene Q）购自上海凯杰企业管理有限公司。

MCAO线栓（货号：1620-A4）购自北京西浓科技有限公司；TriQuick总RNA提取试剂（货号：R1100）购自北京索莱宝科技有限公司；反转录试剂盒（货号：G490）购自加拿大Applied Biological Materials公司；RT-qPCR试剂盒（货号：RK21206）购自武汉爱博泰克生物科技有限公司。

1.3 实验分组及处理

75只小鼠适应性饲养1周后，按照随机数字表法将其分为假手术组、模型3 h组、模型6 h组、模型12 h组、模型24 h组，每组15只。各组小鼠饲养于恒温恒湿[温度为（22±2）℃、湿度为（55±5）%]且昼夜节律可控的清洁级动物房中，所有小鼠分笼饲养，自由摄食、饮水。

假手术组小鼠仅分离左侧颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉，不插入线栓，缝合伤口。其余各组均采用改良Zea-Longa线栓法建立pMCAO模型：麻醉后将小鼠固定，术区备皮消毒，颈部正中切口，分离左颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉，结扎颈总动脉近心端，插入线栓至颈内动脉遇阻后固定。使用Longa评分法评估小鼠神经功能学缺损程度（双盲法）[13]，1～3分视为制备模型成功。造模成功后，模型3 h组于缺血后3 h取材，模型6 h组于缺血后6 h取材，模型12 h组于缺血后12 h取材，模型24 h组于缺血后24 h取材。

1.4 样本处理

各组小鼠于相应时间点经深度麻醉后处死，快速取脑，在冰上分离缺血侧（左侧）大脑皮质，液氮速冻后-80 ℃保存备用。

1.5 观察指标及检测方法

1.5.1 神经功能缺损评分 各组小鼠手术前后评估。评分标准：0分，无任何可观察的神经功能异常；1分，对侧前肢屈曲；2分，自主运动时向瘫痪侧转圈；3分，向瘫痪侧倾倒；4分，无自主运动能力。分数越高，说明其神经功能损伤越严重。若术前Longa评分为1～4分或术后Longa评分为0、4分或提前死亡的动物剔除实验。

1.5.2 转录组测序及数据分析 ACI后12 h通常处于炎症反应、细胞凋亡等关键分子事件充分激活且表达趋于稳定的阶段[14]。因此，本研究选择该时间点进行转录组测序，以期系统性捕捉与神经损伤密切相关的DEGs。对缺血侧皮质组织进行总RNA提取，使用Agilent 2100 bioanalyzer进行质检，确保RNA完整性数值≥7.0。合格样本通过Oligo dT磁珠富集mRNA，并构建普通转录组文库，流程包括RNA片段化、双链cDNA合成、末端修复/加A尾/接头连接及文库扩增纯化。文库经Qubit定量与Agilent 2100检测插入片段大小后，采用RT-qPCR精确定量其有效浓度（＞1.5 nmol/L），合格文库按比例混合后进行Illumina高通量测序。

获得的原始测序数据经质控过滤后得到高质量数据，将其比对至小鼠参考基因组进行转录本定位和基因表达定量。以假手术组为对照，将模型12 h组中满足|log2（FC）|≥1且P＜0.05的基因定义为DEGs。利用DAVID数据库对DEGs进行基因本体（gene ontology，GO）功能富集和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路富集分析，并通过STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（proteinprotein interactions，PPI）网络。采用Cytoscape 3.9.1软件中的Hubba拓扑算法，基于基因评分筛选出前50个核心DEGs。

1.5.3 枢纽基因验证 为验证转录组测序结果的可靠性，本研究基于PPI网络分析结果，选取枢纽基因进行实验验证。选择标准：优先选择在PPI网络分析结果中连接度高、既往文献报道与脑缺血病理生理过程（如炎症反应、细胞死亡、血-脑屏障破坏等）密切相关且在本研究测序数据中表达变化显著的基因作为验证目标。基于上述标准，最终选定Lcn2、Ptgs2和Plat作为目标基因进行RT-qPCR验证。

取各组小鼠脑组织50 mg，液氮下研磨充分，依次加入1 ml Trizol提取RNA。提取完毕冰上立即反转录为cDNA，避光加样配置反应体系，加完样后离心混匀，按照说明书设置扩增条件。反应体系总体积20 μl，包括Genious 2×SYBR Green Fast qPCR Mix 10 μl，模板cDNA 2 μl，正、反向引物各0.4 μl，ddH2O 7.2 μl；扩增条件：95 ℃预变性3 min；95 ℃变性5 s；60 ℃退火/延伸34 s，循环45次；熔解曲线按仪器默认设置。引物由生工生物（上海）工程股份有限公司设计合成，引物序列见表1。

表1 引物序列（5’-3’）

1.6 统计学方法

采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析，GraphPad Prism 9.5.1软件作图。计量资料用均数±标准差（）表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组小鼠Longa评分比较

与假手术组比较，模型3、6、12、24 h组Longa评分升高（P＜0.05）。见图1。

图1 各组小鼠Longa评分比较（n=15）

与假手术组比较，aP＜0.05。

2.2 转录组学检测结果

模型12 h组共鉴定出376个DEGs，其中280个基因上调，96个基因下调。见图2。

图2 火山图

2.3 GO和KEGG富集分析结果

GO功能富集分析结果显示，在生物学过程中，DEGs主要富集于负调控细胞迁移、调控炎症反应、调控血管生成及正调控细胞因子产生等过程；在细胞组分中，DEGs主要定位于受体复合物、肌动蛋白丝、细胞顶部及含胶原的细胞外基质等；在分子功能中，DEGs富集于生长因子结合、细胞因子受体活性及G蛋白偶联受体结合等功能。见图3。

图3 GO功能富集分析

GO：基因本体。

KEGG通路富集分析显示，DEGs主要富集于IL-17信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、HIF-1信号通路、TNF信号通路及JAK-STAT信号通路等。见图4。

图4 KEGG通路富集分析

KEGG：京都基因与基因组百科全书。

2.4 核心DEGs的筛选

本研究筛选出前50个连接度最高的核心基因，见图5。

图5 PPI网络

节点颜色代表聚集系数，颜色梯度从浅到深对应其值由低到高。PPI：蛋白质-蛋白质相互作用。

2.5 各组小鼠Lcn2、Ptgs2、Plat mRNA相对表达量比较

与假手术组比较，模型3、6、12、24 h组Lcn2、Ptgs2 mRNA相对表达量增加（P＜0.05）；模型6、12、24 h组Plat mRNA相对表达量增加（P＜0.05）。见图6。

图6 各组小鼠Lcn2、Ptgs2、Plat mRNA相对表达量比较（n=6）

与假手术组比较，aP＜0.05。

3 讨论

ACI致神经功能损伤机制复杂，涉及多基因、多通路的协同调控[15-16]。本研究通过构建pMCAO模型小鼠，结合转录组测序与实验验证，旨在系统揭示ACI早期的关键分子事件。

本研究发现，在ACI后12 h，小鼠缺血皮质中存在广泛的基因表达失调，共鉴定出376个DEGs；KEGG通路富集分析显示，这些DEGs主要富集于IL-17信号通路、TNF信号通路、HIF-1信号通路及JAK-STAT信号通路等。提示免疫炎症反应与缺氧应激是ACI早期最核心的病理生理过程。这些通路构成了一个复杂的调控网络，共同介导神经元的损伤、胶质细胞的活化及血-脑屏障的破坏。

基于PPI网络分析，本研究筛选出前50个连接度最高的核心基因，其强大的相互作用能力预示了它们在病理过程中的关键地位，提示它们在ACI的分子网络中可能发挥着至关重要的调控作用。本研究进一步筛选出Lcn2、Ptgs2和Plat 3个枢纽基因进行深入探讨。Lcn2作为神经炎症的关键调节因子，由活化的microglia细胞、反应性星形胶质细胞、神经元和内皮细胞响应炎症、感染或损伤刺激而诱导合成和分泌，其可诱导中枢神经系统中趋化因子的表达，通过调节星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元的迁移[17]。既往研究显示，Lcn2在脑卒中的病理生理过程中起着复杂的作用[18]。本研究发现，Lcn2在梗死皮质中的表达自ACI后3 h显著上调并持续至24 h，提示它可能是炎症反应的早期驱动力之一。Lcn2表达动态反映了小胶质细胞和星形胶质细胞的迅速激活，一方面可能加剧炎症损伤，另一方面也可能参与后续的修复过程，体现了其在脑卒中中的双重角色[19-21]。

Ptgs2表达受多种因素调控，并参与神经可塑性和神经病理过程[21]。研究显示，在神经退行性疾病和中枢神经系统损伤中，Ptgs2表达上调，加剧神经元变性和功能障碍[22]；Ptgs2的基因多态性与孤独症谱系障碍相关，提示Ptgs2可能影响神经系统的发育和功能[23]。本研究发现，Ptgs2在模型3 h组表达最高，随后逐渐下降。这种时序性表达特征可能揭示了ACI早期炎症反应的动态演变，Ptgs2的迅速上调标志着急性炎症反应的启动，而随后的下降可能与表达Ptgs2的早期反应细胞（尤其是神经元）的死亡及炎症反应阶段向白细胞浸润和吞噬清除阶段的转变有关。这一发现为理解ACI后炎症反应的自我调控提供了新视角。

Plat是一种丝氨酸蛋白酶，传统上因其在溶栓和血管再通中的作用而被熟知，然而，近年来研究发现，Plat在神经系统领域中发挥着重要作用[24]。研究发现，在脑缺血的体内模型中，Plat/tPA溶栓可缩小梗死灶并改善运动功能，降低脑卒中导致的脑自噬[25]。本研究发现，与Lcn2和Ptgs2不同，Plat表达在ACI后6 h开始显著升高，这一相对滞后的上调趋势暗示其可能更多参与继发性的病理生理过程，如细胞外基质重塑、血-脑屏障调节及神经可塑性变化，从而在损伤中后期发挥潜在的神经保护作用[26]。

综上所述，本研究通过多组学分析，系统揭示Lcn2、Ptgs2和Plat作为关键分子在ACI病理进程中的动态变化和潜在作用。这些发现为阐明ACI的分子机制提供了新的实验证据和理论依据。本研究主要基于转录组学证据，而关键基因的蛋白表达、调控机制，细胞特异性功能在蛋白表达及因果关系上仍需深入验证，这也是后续实验和研究中予以重点讨论和阐明的部分，以期为开发新的神经保护疗法提供线索。

利益冲突声明：本文所有作者均声明不存在利益冲突。

[参考文献]

[1]SHEHJAR F，MAKTABI B，RAHMAN Z A，et al.Stroke：molecular mechanisms and therapies：update on recent developments[J].Neurochem Int，2023，162：105458.

[2]SUN M，ZHOU H.Research progress on the intervention of traditional Chinese medicine in signal pathways related to acute cerebral infarction [J].J Contemp Med Pract，2024，6（9）：153-159.

[3]XIE H，GAO M，LIN Y，et al.An emergency nursing and monitoring procedure on cognitive impairment and neurological function recovery in patients with acute cerebral infarction[J].NeuroRehabilitation，2022，51（1）：161-170.

[4]CAI W，LI Y，GUO K，et al.Association of glycemic variability with death and severe consciousness distu rbance among critically ill patients with cerebrovascular disease：analysis of the MIMIC-Ⅳdatabase [J].Cardiovasc Diabetol，2023，22（1）：315.

[5]KURIYAMA N，MIZUNO T，NIWA F，et al.Autonomic nervous dysfunction during acute cerebral infarction [J].Neurol Res，2010，32（8）：821-827.

[6]LIU K，ZHOU Y，SONG X，et al.Baicalin attenuates neuronal damage associated with SDH activation and PDK2-PDH axis dysfunction in early reperfusion [J].Phytomedicine，2024，129：155570.

[7]MUMTAZ S M，KHAN M A，JAMAL A，et al.Toxin-derived peptides：an unconventional approach to alleviating cerebral stroke burden and neurobehavioral impairments[J].Life Sci，2024，351：122777.

[8]ZHAO B，ZHANG S，AMIN N，et al.Thymoquinone regulates microglial M1/M2 polarization after cerebral ischemiareperfusion injury via the TLR4 signaling pathway[J].Neurotoxicology，2024，101：54-67.

[9]WU X，YANG X，DAI Y，et al.Single-cell sequencing to multi-omics：technologies and applications [J].Biomark Res，2024，12（1）：110.

[10]JOHNSON M B，WALSH C A.Cerebral cortical neuron diversity and development at single-cell resolution [J].Curr Opin Neurobiol，2017，42：9-16.

[11]谢乐星.基于单细胞转录组测序解析脑缺血再灌注损伤炎症细胞异质性及作用机制[D].重庆：中国人民解放军陆军军医大学，2023.

[12]MCBRIDE D W，ZHANG J H.Precision stroke animal models：the permanent MCAO model should be the primary model，not transient MCAO [J].Transl Stroke Res，2017，17：10.

[13]LUO L，LIU M，FAN Y，et al.Intermittent theta-burst stimulation improves motor function by inhibiting neuronal pyroptosis and regulating microglial polariz ation via TLR4/NFκB/NLRP3 signaling pathway in cerebral ischemic mice [J].Neuroinflammation，2022，19（1）：141.

[14]LIN W，ZHAO X Y，CHENG J W，et al.Signaling pathways in brain ischemia：mechanisms and therapeutic implications[J].Pharmacol Ther，2023，251：108541.

[15]HU S，WANG X，YANG X，et al.Long-term iTBS improves neural functional recovery by reducing the inflammatory response and inhibiting neuronal apoptosis via miR-34c-5p/p53/Bax signaling pathway in cerebral ischemic rats [J].Neuroscience，2023，527：37-51.

[16]ZHANG Y，YANG H，HOU S，et al.Influence of the braingut axis on neuroinflammation in cerebral ischemia-reperfusion injury（review）[J].Int J Mol Med，2024，53（3）：30.

[17]JHA M K，LEE S，PARK D H，et al.Diverse functional roles of lipocalin-2 in the central nervous system [J].Neurosci Biobehav Rev，2015，49：135-156.

[18]ZHAO R Y，WEI P J，SUN X，et al.Role of lipocalin 2 in stroke[J].Neurobiol Dis，2023，179：106044.

[19]WANG G，WENG Y C，CHIANG I C，et al.Neutralization of lipocalin-2 diminishes stroke-reperfusion injury [J].Int J Mol Sci，2020，21（17）：6253.

[20]WU W，ZHANG J，CHEN Y，et al.Genes in axonal regeneration[J].Mol Neurobiol，2024，61（10）：7431-7447

[21]JUNG B K，PARK Y，YOON B，et al.Reduced secretion of LCN2（lipocalin 2）from reactive astrocytes through autophagic and proteasomal regulation alleviates inflammatory stress and neuronal damage [J].Autophagy，2023，19（8）：2296-2317.

[22]HEWETT S J，BELL S C，HEWETT J A.Contributions of cyclooxygenase-2 to neuroplasticity and neuropathology of the central nervous system[J].Pharmacol Ther，2006，112（2）：335-357.

[23]KANG X，QIU J，LI Q，et al.Cyclooxygenase-2 contributes to oxidopamine-mediated neuronal inflammation and injury via the prostaglandin E2 receptor EP2 subtype[J].Sci Rep，2017，7（1）：9459.

[24]ROBINSONSD，LEETW，CHRISTIEDL，et al.Tissueplasminogen activator inhibits NMDA-receptor-mediated increasesin calciumlevelsin cultured hippocampalneurons[J].Front Cell Neurosci，2015，9：404.

[25]KLIMOVICH P，IVASHKINA O，TOROPOVA K，et al.Plaur and Plat genes are early upregulated in response to environmental novelty in mouse brain[J].Neurosci Behav Physi，2025，19：1-2.

[26]THIEBAUT A M，BUENDIA I，GINET V，et al.Thrombolysis by PLAT/tPA increases serum free IGF1 leading to a decrease of deleterious autophagy fo llowing brain ischemia [J].Autophagy，2022，18（6）：1297-1317.

Study the molecular mechanism of the effect of acute cerebral infarction on the neurological function of mice based on transcriptomics

LIU Shasha MA Liya ZHANG Zhenqian QIN Haojie PAN Xinmin
College of Basic Medicine and Forensic Medicine，Henan University of Science and Technology，Henan Province，Luoyang 471023，China

[Abstract] Objective To screen differentially expressed genes (DEGs)in the cortex of mice with acute cerebral infarction(ACI) based on transcriptome sequencing technology，and to explore the molecular mechanism of the effect of ACI on the nervous system of mice.Methods Seventy-five 6-8-week-old SPF-grade healthy male C57BL/6J mice were selected，and they were divided into sham operation group，model 3，6 12 h，and 24 h groups by random number table method，with 15 mice in each group.In the sham operation group，only the left common carotid artery，internal carotid artery，and external carotid artery were separated，and no thread plugs were inserted;the remaining groups established permanent middle cerebral artery occlusion models by using the modified Zea-Longa suture method.The Longa scoring method was used to evaluate the neurological deficit of mice;cortical tissues of mice in the model 12 h group were taken for transcriptome sequencing to screen DEGs，and gene ontology functional enrichment and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway enrichment analysis were conducted on them;and the relative expression levels of Lcn2，Ptgs2，and Plat mRNA were detected by RT-qPCR.Results Compared with the sham operation group，the Longa scores in the model 3，6，12 h，and 24 h groups increased (P＜0.05).A total of 376 DEGs were identified，among which 280 genes were up-regulated and 96 genes were down-regulated.DEGs were mainly enriched in biological processes for negatively regulating cell migration，regulating inflammatory responses，and angiogenesis，etc.;it was mainly located in receptor complexes，cell top structures，and extracellular matrix containing collagen in cellular components，etc.;and it was mainly enriched in molecular functions such as growth factor binding and cytokine receptor activity.DEGs were mainly enriched in the IL-17 signaling pathway，cytokine-cytokine receptor interaction，HIF-1 signaling pathway，and TNF signaling pathway，etc.Compared with the sham operation group，the relative expressions of Lcn2 and Ptgs2 mRNA in the model 3，6，12 h，and 24 h groups increased (P＜0.05);the relative expressions of Lcn2 mRNA in the model 6，12 h，and 24 h groups increased (P＜0.05).Conclusion ACI can cause extensive changes in cortical gene expression，Lcn2，Ptgs2，and Plat may act as key molecules involved in the regulation of neural function，providing a theoretical basis for in-depth research on the mechanism of ACI neural injury.

[Key words] Acute cerebral infarction;Transcriptomics;Nervous system;Permanent middle cerebral artery occlusion;Differentially expressed genes

[中图分类号] R743.33

[文献标识码] A

[文章编号] 1673-7210（2026）01（c）-0102-07

DOI：10.20047/j.issn1673-7210.25080336

[作者简介] 刘莎莎（2000.11-），女，河南科技大学基础医学与法医学院2023级特种医学专业在读硕士研究生；研究方向：急性脑梗死。

[通讯作者] 潘新民（1969.8-），男，博士，教授，河南科技大学医学部副主任兼基础医学与法医学院副院长，主要从事法医学教学、鉴定和科研工作。

（收稿日期：2025-08-05）

（修回日期：2025-10-15）