非ST段抬高型急性冠狀動脈綜合征相關基因的生物信息學分析

李丹輝，董進中，陳國棟，朱建華

近年來，社區ST段抬高型心肌梗死（STEMI）的發病率逐漸降低，但非ST段抬高型急性冠狀動脈綜合征（NSTE-ACS）發病率卻顯著升高[1]。目前NSTE-ACS診斷尚無特異性的生物標志物，使得許多在心源性猝死發生前有相應癥狀的患者沒能得到及時診斷而錯過最佳治療時機。因此，了解NSTE-ACS 的發生、發展機制，并篩選出早期生物標志物至關重要。隨著分子生物學的快速發展，高通量基因芯片技術被廣泛用于疾病基因表達譜的分析和特異分子標志物的發現[2]。筆者主要通過高通量基因表達數據庫（GEO）篩選NSTE-ACS 相關表達基因，對差異基因進行生物學功能和信號通路分析，并探討差異基因的相互作用規律，為NSTE-ACS 的生物標志物的篩選提供理論依據。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 材料 采用GPL6884：Illumina HumanWG-6 v3.0 expression beadchip 芯片平臺。在GEO Datasets 搜索框中輸入檢索詞“acute coronary syndrome（ACS）”，獲得GSE60993 芯片數據。包含33 例（STEMI 組7 例，NSTE-ACS 組19 例和正常對照組7 例），提取其中26 例數據，包括NSTE-ACS 組19 例和正常對照組7 例。

1.2 差異基因篩選 采用GEO2R分析GEO數據庫中的數據，差異表達基因需同時滿足以下篩選條件：差異倍數（FC）的對數值（logFC）＞0.45 或＜－ 0.45 和P ＜0.05。

1.3 差異表達基因的生物信息學分析將上述樣本篩選出的差異表達基因上傳至DAVID 進行基因本體（GO）分析，主要包括分子功能（MF）、生物學過程（BP）和細胞組分（CC）3 個部分以及京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路的富集分析[3]。

1.4 蛋白質互作網絡構建 將上述樣本篩選出的差異表達基因上傳至String10.0在線分析工具（http://string-db.org），通過蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）網絡分析NSTE-ACS 差異表達基因，并利用Cytoscape 軟件（version3.4.0）構建PPI 網絡，通過MCC 算法獲取連接度最高的前10個基因作為關鍵基因。

2 結果

2.1 差異基因篩選結果 通過對NSTE-ACS組與正常對照組數據的差異表達基因篩選，共獲得327 個差異表達基因，其中190 個上調基因和137 個下調基因，見封四彩圖1。

2.2 差異表達基因GO分析 上調基因主要涉及免疫反應、白細胞遷移、蛋白穩定、蛋白磷酸化及O-聚糖加工等生物學過程；下調基因主要涉及免疫反應、SRP依賴的膜靶向共翻譯蛋白、翻譯啟動、轉錄拼接及轉錄mRNA 分解代謝等生物學過程，見封四彩圖2 ～3。

2.3 差異表達基因通路富集分析 差異基因主要富集于核糖體、哮喘、抗原處理和呈遞、同種異體移植排斥反應及病毒性心肌炎等相關信號通路，見表1。

表1 NSTE-ACS 相關差異表達基因的KEGG 通路分析

2.4 差異表達基因PPI 分析結果 前10 個蛋白互作網絡的中心節點（即核心基因）：核糖體蛋白S6（RPS6）、X連鎖核糖體蛋白S4（RPS4X）、核糖體蛋白L13A（RPL13A）、核糖體蛋白L18（RPL18）、核糖體蛋白L14（RPL14）、核糖體蛋白L24（RPL24）、核糖體蛋白L17（RPL17）、Aurora 激酶B（NSA2）、核糖體蛋白37A（RPL37A）、核糖體蛋白S13（RPS13），見封四彩圖4。

3 討論

近年來隨著生物信息學快速發展，高通量基因芯片及轉錄測序技術廣泛用于人類疾病基因表達譜分析和尋找疾病特異分子標志物。本研究對NSTE-ACS組與正常對照組數據的差異表達基因篩選，共獲得327 個差異表達基因，其中190 個上調基因和137 個下調基因；上調基因主要參與的分子生物功能，如免疫反應、白細胞遷移等。早期研究就已發現趨化因子通過與G 蛋白偶聯受體結合，在白細胞向炎癥部位遷移的過程中起著引導作用[4]。在動脈粥樣硬化斑塊形成過程中，脂質顆粒被困在動脈壁[5]，內皮細胞對修飾的脂蛋白表達黏附分子，然后招募免疫細胞到這些部位并產生促炎癥介質，從而引發局部炎癥[6]，最終轉化為泡沫細胞，而泡沫細胞是動脈粥樣硬化斑塊的主要組成部分。因此，免疫反應和白細胞遷移可能與NSTE-ACS的發生密切相關。

研究發現，非編碼RNA在心血管疾病的診斷和治療中具有重要意義，而MiRNAs 是非編碼RNA 中最常見的一種，具有在翻譯水平負調控基因表達的功能[7]。MiRNAs 的研究目前主要集中在急性心肌梗死，而對不穩定型心絞痛的研究相對較少[8]。本研究通過對差異基因的富集分析發現其下調基因主要參與SRP 依賴的膜靶向共翻譯蛋白、翻譯啟動、轉錄拼接及轉錄mRNA 分解代謝等生物學過程。此外，本研究從String 數據庫和Cytoscape 軟件分析結果顯示10個蛋白互作網絡的中心節點，其主要與核糖體蛋白有關。核糖體蛋白是核糖體的主要成分，核糖體具有參與DNA 修復、細胞發育調控和細胞分化等核糖體外功能。有學者發現心肌肥厚預適應刺激能夠增強心肌線粒體功能，可能與線粒體核糖體蛋白介導的線粒體氧化磷酸化復合體的轉錄加工、運輸過程相關[9]。由此推測，上述基因的差異性表達可能與NSTE-ACS的發生、發展亦密切相關，可為NSTE-ACS 的治療提供新方向。

綜上所述，NSTE-ACS 差異基因可能主要通過免疫反應、白細胞遷移、蛋白質翻譯啟動、轉錄拼接及轉錄mRNA 分解代謝等來調控NSTE-ACS 的發生。但有關動脈粥樣硬化斑塊發生發展的確切機制目前仍然未知，對其防治無法達到精準施策，需進一步深入研究。