摘要
早产（Pretermbirth，PTB）被定义为妊娠不足37周的分娩。是新生儿死亡的首要原因，也是导致五岁以下儿童死亡的第二大原因，严重威胁母胎生命健康和生存质量。作为一种多因素综合征，早产内在的具体分子机制至今未明。这极大地限制了临床预测及防治策略的开发与实施，使广大孕妇及其胎儿仍暴露于潜在风险中。因此，从多角度、多层次系统性探索其发生发展的机理，从而构建更加精准的早产诊疗体系，是改善临床困境的重要基石和关键突破口。目前，随着高通量测序技术的爆发式发展，精准医疗和组学研究为破解早产谜题提供了有利的条件。本课题拟基于多组学数据进行早产的生物信息学探索，从宏观层面分析其相关的生物学改变及其调控网络，从转录、蛋白、代谢等多级水平，从动态、整体角度对其分子机制进行系统研究，有望解析早产发生的关键进程并挖掘潜在的治疗靶点，从而为围产期诊疗工作带来突破性的改革，切实保障母胎围产期安全。 第一部分从蛋白组学及代谢组学角度揭示早产的潜在分子变化 目的：揭示早产相关的蛋白和代谢分子，并探究其可能作用机制。 方法：采集早产及正常孕妇外周血样本，分别进行DIA蛋白质谱检测及UPLC-MS代谢质谱检测。基于PLS-DA、差异分析、聚类分析、WGCNA等生物信息学策略揭示早产与正常孕妇的蛋白、代谢整体特征，并筛选、鉴定与早产相关的蛋白、代谢分子。基于数据库及功能富集分析探索其在早产发生中的潜在作用。 结果：我们揭示了475个血浆蛋白在早产和正常孕妇中的表达模式，并鉴定到65个早产相关蛋白。这些蛋白可能主要通过激活免疫炎症相关通路而参与早产发生。基于201个代谢物的丰度，我们发现早产和正常孕妇间存在明显的代谢差异。多重筛选显示，其中有21个可能是影响早产发生关键代谢物。 结论：基于组学策略从宏观层面揭示了早产孕妇存在的蛋白、代谢紊乱，可能为早产预测、诊断、治疗提供新的靶点。 第二部分从转录组学角度探究7天内早产的生物学基础及预测靶标 目的：探究短期内（lt;7天）发生早产的潜在转录组学特征并由此建立早产临床预测模型。 方法：基于mRNA芯片数据，采用WGCNA、GSEA、免疫丰度分析等方法揭示先兆早产孕妇7天内早产的分子生物学基础。LASSO、SVM等算法被用于从中筛选核心基因。采用Pearson相关性分析及绘制KM曲线等方法探究核心基因与临床特征的关联。最后基于这些基因建立临床预测模型并在前瞻性队列中进行验证。 结果：我们确定了参与先兆早产孕妇7天内早产的1090个关键基因，并发现其免疫炎症激活（如IFN-γ、TNF-α信号传导）以及免疫细胞紊乱（如单核细胞、Th17细胞）的生物学基础。然后，筛选了四个核心基因（JOSD1、IDNK、ZMYM3和IL1B），构建了一个AUC为0.907的预测模型，并在更大的人群中得到验证（AUC=0.783）。此外，通过我们建立的临床前瞻性队列，验证了该模型的预测价值（AUC=0.957）和临床可行性。 结论：我们揭示了7天内早产的转录组学特征，并基于此开发、验证了一个有效的临床预测模型。这为显著提高临床评估早产风险的准确性提供了可能，有利于对先兆早产孕妇进行精准管理，降低母胎损害，并避免不必要的医疗资源浪费。 第三部分探究circRNA介导早产发生的机制及其作为早产生物标志物的可行性 目的：探究新兴的核酸分子——circRNA在早产发生中的生物学作用及其作为早产生物标志物的可行性。 方法：通过分析孕妇外周血RNA-seq数据，揭示与早产有关的circRNA紊乱。然后通过构建circRNA-miRNA-mRNA（ceRNA）网络、功能富集分析、Hub基因筛选等生物信息学策略，确定circRNA在早产中的潜在作用机制。最后扩大样本量评估候选circRNA分子作为早产生物标志物的价值并利用circRNA芯片数据进行验证。 结果：在早产外周血中，有211个circRNA表达紊乱，其中68个上调，143个下调。生物信息学分析显示，前20位的差异circRNA竞争性地与68个miRNAs结合，从而调控622个主要与免疫炎症和神经活动有关的mRNA，这可能最终导致早产发生。而包括hsa-MORC3_0001——hsa-miR-1248——CHRM2在内的6个调控对是该机制网络的核心部分，或可成为新的早产治疗靶标。此外，ROC分析表明，hsa-ANKFY1_0025、hsa-FAM13B_0019和hsa-NUSAP1_0010（AUC=0.7138，0.9589，1.000）对早产有较好的鉴别能力。 结论：我们首次探索了早产孕妇外周血的circRNA表达谱，并初步分析了其对早产的调节机制和预测价值，从而为早产的诊治带来了新的启示。 第四部分母胎系统内早产circRNA整体图谱绘制 目的：揭示母胎系统内circRNA在早产中的整体表达模式和潜在作用。 方法：从全转录组数据中提取并分析早产及足月的多种母胎样本（包括母体血浆、母体单核细胞、子宫肌层、绒毛膜、胎盘和胎儿外周血）的circRNA表达谱。通过生物信息学策略确定不同组织中的早产相关circRNA，并从母胎系统整体的角度探讨了它们的关联。此外，通过分析其共表达mRNA、靶标miRNA和RNA结合蛋白（RBPs），揭示circRNA在早产中的作用机制。最后，我们研究了早产中circRNA在不同母胎组织中的特异性生物功能以及它们的共同特征和交流。 结果：circRNA类型和表达水平在早产和足月组之间、不同组织之间都存在明显差异。但是，在不同组织中，仍发现了一些共有的早产相关差异circRNA(DECs)。功能富集分析表明，DECs通过作用于其靶标miRNA和共表达mRNAs而具有重要的组织特异性的生物功能，这有助于形成早产中各种母胎组织的标志性病理变化（如子宫肌层的收缩）。此外，不同组织中的DECs承担了一些共同的生物学活动，主要是激活免疫-炎症途径（如TGF-β、TLRs、NF-κB和补体）。 结论：我们首次为circRNA在早产中的整体表达和潜在作用绘制了宏观图谱，这为未来深入研究circRNA在早产中的具体机制奠定了基础，也制定了必要的指导性纲领。
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