馬凡綜合征關(guān)聯(lián)藥物及相關(guān)基因

王天毅　牛兆倬　黃強(qiáng)　生偉　吳建濤　李丹丹

[摘要]目的 探討某些藥物以及所涉及的基因引起馬凡綜合征的可能機(jī)制。

方法通過比較毒理基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（CTD）分析引起馬凡綜合征關(guān)聯(lián)的藥物及其相互作用的基因。選取藥物與馬凡綜合征高度相關(guān)的基因進(jìn)行基因本體分析和KEGG信號(hào)通路等基因富集分析。

結(jié)果有24種關(guān)鍵基因/蛋白參與凋亡過程的正向調(diào)節(jié)、血壓的負(fù)向調(diào)節(jié)、細(xì)胞對(duì)有機(jī)氮的反應(yīng)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β信號(hào)、多細(xì)胞的生物過程、腎臟發(fā)育、脂多糖反應(yīng)等生物學(xué)進(jìn)程，以及與蛋白多糖反應(yīng)、腎素分泌、激活絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路，其中與基因有關(guān)的藥物有阿替洛爾、多四環(huán)素、氯沙坦、硫代巴比妥酸。

結(jié)論藥物可能通過影響基因表達(dá)從而引起某些信號(hào)通路的改變等內(nèi)在分子生物學(xué)機(jī)制與馬凡綜合征產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，通過分析引起馬凡綜合征疾病相關(guān)基因/蛋白通路，可為臨床應(yīng)用新藥、生物療法和手術(shù)療法提供科學(xué)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]馬凡綜合征;分子生物學(xué);藥物基因組學(xué)檢測(cè);比較基因?qū)W

[中圖分類號(hào)]R682

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2096-5532（2020）01-0035-05

馬凡綜合征（MFS）是最常見的常染色體顯性遺傳性結(jié)締組織疾病之一[1]，其發(fā)病機(jī)制不明[2]。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究報(bào)道MFS發(fā)病率為0.04%～0.10%[3]，其臨床表現(xiàn)主要累及心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、眼和神經(jīng)系統(tǒng)等[4]。該疾病一旦累及心血管系統(tǒng)[5]，則病人極有可能死于心臟衰竭或主動(dòng)脈瘤破裂[6-7]。為更深入了解MFS遺傳學(xué)特征，本研究通過利用專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，嘗試分析某些藥物以及基因/蛋白引起MFS的可能性及其可能機(jī)制。現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1資料和方法

1.1基因篩選

以MFS（MESH：D008382）作為目標(biāo)疾病，應(yīng)用比較毒理基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（CTD）[8]與STRING數(shù)據(jù)庫(kù)篩選與MFS關(guān)聯(lián)的藥物及基因的數(shù)據(jù)集。

1.2通路和生物進(jìn)程功能富集分析

分別利用http：//string-db.org/中的string[9]和http：//metascape.org中的metascape[10]對(duì)關(guān)鍵基因進(jìn)行注釋和進(jìn)一步分析。參考的數(shù)據(jù)資源包括KEGG通路、GO生物學(xué)進(jìn)程、Reactome基因組、經(jīng)典通路和哺乳動(dòng)物蛋白復(fù)合物數(shù)據(jù)庫(kù)（CORUM）。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)方法[11-13]進(jìn)行通路和生物進(jìn)程功能富集分析。

1.3蛋白-蛋白互作富集分析

應(yīng)用MetascapeBioGrid[14]、InWeb_IM以及OmniPath[15]數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)蛋白-蛋白互作進(jìn)行富集分析。應(yīng)用MCODE算法[16]對(duì)互作蛋白進(jìn)行模塊化分析，每個(gè)模塊的蛋白進(jìn)一步進(jìn)行通路和生物進(jìn)程富集分析。根據(jù)P值確定最佳前3位的通路或生物進(jìn)程作為所在模塊的功能描述。

2結(jié)果

2.1與MFS相關(guān)的基因/蛋白

以MFS作為目標(biāo)疾病，通過CTD數(shù)據(jù)庫(kù)檢索顯示，有258種基因與MFS有關(guān)，其中基因評(píng)價(jià)分值≥5.5有26種基因，見表1。其中GJA1基因與MFS聯(lián)系最為密切，其次為ABCB11基因。

2.2MFS相關(guān)基因/蛋白對(duì)應(yīng)藥物

CTD數(shù)據(jù)庫(kù)檢索顯示，1546種藥物與MFS有關(guān)。其中基因評(píng)價(jià)分值≥5.5的26種基因?qū)?yīng)的藥物見表2，有阿替洛爾、多四環(huán)素、氯沙坦、硫代巴比妥酸等4種藥物與26種基因密切相關(guān)。其中氯沙坦與26種基因相關(guān)程度達(dá)84.62%。

2.326種基因/蛋白相互作用關(guān)系

STRING數(shù)據(jù)庫(kù)分析結(jié)果顯示，有24種基因在STRING數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別（除SNORA49、PINK-1）（圖1）。24種基因之間存在著密不可分的互作關(guān)系，基因與基因、蛋白與蛋白的相互作用可以通過基因數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，還可能通過基因間相鄰作用、基因間相互結(jié)合與基因間相互同現(xiàn)而發(fā)生相互聯(lián)系，一些基因轉(zhuǎn)錄文本、基因間共表達(dá)及基因同源性都可以導(dǎo)致基因與基因、蛋白與蛋白相互作用。

2.424種關(guān)鍵基因/蛋白富集分析

應(yīng)用metascape進(jìn)一步對(duì)24種關(guān)鍵基因富集分析，將富集后的結(jié)果按功能分簇，結(jié)果見表3。24種關(guān)鍵基因主要集中在循環(huán)系統(tǒng)、超氧化物代謝過程、凋亡過程的正向調(diào)節(jié)、血壓的負(fù)向調(diào)節(jié)、細(xì)胞對(duì)有機(jī)氮的反應(yīng)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β信號(hào)、多細(xì)胞的生物過程、腎臟發(fā)育、脂多糖反應(yīng)、鈉離子運(yùn)輸過程以及有機(jī)羥基化合物轉(zhuǎn)運(yùn)等GO生物學(xué)進(jìn)程，與蛋白多糖反應(yīng)、乙型肝炎、腎素分泌以及激活絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路等信號(hào)通路相關(guān)。

2.5蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)模塊

應(yīng)用Cytoscape中MCODE模塊化分析結(jié)果顯示，24種基因/蛋白共有2個(gè)基因模塊（MCODE1和MCODE2）（圖2）。NOS2、REN、AGT、MMP9、MYC、CREB1、EDN1與ACTA2、CASP3、MMP2分別通過結(jié)合、同現(xiàn)、共表達(dá)以及同源性相互作用。MCODE1中7種基因/蛋白（NOS2、REN、AGT、CREB1、EDN1、MMP9、MYC）參與相關(guān)生物過程，包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β信號(hào)生物過程（CREB1、MYC以及EDN1）、激活絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路（AGT、CREB1、MYC、EDN1、REN）、NO正向調(diào)節(jié)（AGT、EDN1、NOS2）及纖維蛋白原正向調(diào)節(jié)通路（AGT、MYC）;而模塊MCODE2中3種基因/蛋白（ACTA2、CASP3、MMP2）不參與相關(guān)生物過程。

3討論

本文通過對(duì)MFS與人類相關(guān)的24種主要基因/蛋白富集顯示，MFS相關(guān)基因/蛋白主要集中在循環(huán)系統(tǒng)、超氧化物代謝過程、凋亡過程的正向調(diào)節(jié)、血壓的負(fù)向調(diào)節(jié)、細(xì)胞對(duì)有機(jī)氮的反應(yīng)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β信號(hào)、多細(xì)胞的生物過程、腎臟發(fā)育、脂多糖反應(yīng)、鈉離子運(yùn)輸過程以及有機(jī)羥基化合物轉(zhuǎn)運(yùn)、蛋白多糖反應(yīng)、乙型肝炎、腎素分泌以及激活絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路等信號(hào)通路。其中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族信號(hào)通路對(duì)維持細(xì)胞外基質(zhì)和組織穩(wěn)態(tài)起著重要的作用[17-18]。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究認(rèn)為，原纖維蛋白-1基因（FBN1）是MFS致病的主要基因[19-21]。FBN1是一種抗膠原蛋白酶的非硫酸化的糖蛋白，參與蛋白多糖反應(yīng)生物過程，為細(xì)胞外基質(zhì)微纖維的重要組成成分[22];同時(shí)還可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）的釋放[23-25]。有研究表明，F(xiàn)BN1突變會(huì)引起結(jié)構(gòu)改變，不僅可以導(dǎo)致彈性纖維組裝障礙，而且還會(huì)引起TGF-β的過度激活，從而引起TGF-β介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)增強(qiáng)[26]。KIELTY等[27]研究發(fā)現(xiàn)，由于基因突變引起的微纖維蛋白異常可能導(dǎo)致血管彈性纖維改變，從而使病人更容易發(fā)生主動(dòng)脈夾層或形成主動(dòng)脈瘤[28-29]。

TGF-β的過度激活與細(xì)胞外基質(zhì)中MMPs的異常表達(dá)有關(guān)，MMPs作為一種鋅內(nèi)肽酶，其中的MMP2和MMP9是經(jīng)典TGF-β通路的下游調(diào)控產(chǎn)物[30]。CHUNG等[31]研究顯示，TGF-β針對(duì)性誘導(dǎo)MMP2和MMP9高表達(dá)，在實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)以及自然形成的動(dòng)脈瘤組織中都可以觀察到MMPs高表達(dá)[24]，而MMPs高表達(dá)使得主動(dòng)脈相關(guān)蛋白質(zhì)分解從而誘導(dǎo)動(dòng)脈瘤形成[32-33]。DIETZ[34]對(duì)MFS小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈壁組織中確實(shí)存在TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路過度激活的現(xiàn)象，使用TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路阻斷劑氯沙坦，可阻斷MFS小鼠主動(dòng)脈病變的進(jìn)展;同樣，F(xiàn)ORTEZA等[7]研究顯示，血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑氯沙坦能抑制TGF-β介導(dǎo)的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶激活，進(jìn)而延緩甚至逆轉(zhuǎn)主動(dòng)脈擴(kuò)張等病變的進(jìn)展，從而為MFS血管病變的治療提供有力臨床證據(jù)[37]。本文通過CTD數(shù)據(jù)庫(kù)初步分析顯示，氯沙坦與26種基因密切相關(guān)，因此，氯沙坦可應(yīng)用于治療MFS病人。

本文通過基因/蛋白富集分析顯示，TGF-β還可激活其他信號(hào)傳導(dǎo)通路，該通路主要為絲裂原活化的蛋白激酶（MAPK）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，涉及AGT、CREB1、MYC、EDN1、REN等相關(guān)基因，這與國(guó)內(nèi)外報(bào)道的結(jié)果相符[36-39]。這些基因通過結(jié)合、同現(xiàn)、共表達(dá)以及同源性相互作用共同作用于MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[40]，該通路上還有細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）、Jun氨基端激酶（JNK）和P38。在MFS血管組織病變過程中主要是ERK起決定作用[41]，這可能為治療MFS血管病變提供新的靶點(diǎn)。

同時(shí)我們的研究結(jié)果也顯示，環(huán)境因素一氧化氮（NO）也可能對(duì)MFS血管病變有一定的影響。這與CHUNG等[42]應(yīng)用MFS小鼠模型的研究結(jié)果相似，MFS與內(nèi)皮NO合成減少有關(guān)，并推測(cè)血管內(nèi)皮功能紊亂可能是MFS病人主動(dòng)脈并發(fā)癥發(fā)生機(jī)制之一。

綜上所述，MFS的發(fā)病機(jī)制目前尚不明確，而國(guó)內(nèi)外的研究多集中在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，但僅憑動(dòng)物研究結(jié)果并不能說明其在人類中的機(jī)制。本文借助CTD數(shù)據(jù)庫(kù)和其他在線分析工具研究顯示，藥物可能通過影響基因表達(dá)從而引起某些信號(hào)通路的改變等內(nèi)在分子生物學(xué)機(jī)制與MFS產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，而該種關(guān)聯(lián)尚需要在人群中進(jìn)一步驗(yàn)證。

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（本文編輯 黃建鄉(xiāng)）