非ST段抬高型急性冠狀動脈綜合征相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

李丹輝，董進中，陳國棟，朱建華

近年來，社區(qū)ST段抬高型心肌梗死（STEMI）的發(fā)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(fā)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(fā)生前有相應(yīng)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(fā)生、發(fā)展機制，并篩選出早期生物標志物至關(guān)重要。隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，高通量基因芯片技術(shù)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(fā)現(xiàn)[2]。筆者主要通過高通量基因表達數(shù)據(jù)庫（GEO）篩選NSTE-ACS 相關(guān)表達基因，對差異基因進行生物學(xué)功能和信號通路分析，并探討差異基因的相互作用規(guī)律，為NSTE-ACS 的生物標志物的篩選提供理論依據(jù)。現(xiàn)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，差異表達基因需同時滿足以下篩選條件：差異倍數(shù)（FC）的對數(shù)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(xué)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(xué)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(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)分析NSTE-ACS 差異表達基因，并利用Cytoscape 軟件（version3.4.0）構(gòu)建PPI 網(wǎng)絡(luò)，通過MCC 算法獲取連接度最高的前10個基因作為關(guān)鍵基因。

2 結(jié)果

2.1 差異基因篩選結(jié)果 通過對NSTE-ACS組與正常對照組數(shù)據(jù)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(diào)基因和137 個下調(diào)基因，見封四彩圖1。

2.2 差異表達基因GO分析 上調(diào)基因主要涉及免疫反應(yīng)、白細胞遷移、蛋白穩(wěn)定、蛋白磷酸化及O-聚糖加工等生物學(xué)過程；下調(diào)基因主要涉及免疫反應(yīng)、SRP依賴的膜靶向共翻譯蛋白、翻譯啟動、轉(zhuǎn)錄拼接及轉(zhuǎn)錄mRNA 分解代謝等生物學(xué)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(yīng)及病毒性心肌炎等相關(guān)信號通路，見表1。

表1 NSTE-ACS 相關(guān)差異表達基因的KEGG 通路分析

2.4 差異表達基因PPI 分析結(jié)果 前10 個蛋白互作網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)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(xué)快速發(fā)展，高通量基因芯片及轉(zhuǎn)錄測序技術(shù)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(shù)據(jù)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(diào)基因和137 個下調(diào)基因；上調(diào)基因主要參與的分子生物功能，如免疫反應(yīng)、白細胞遷移等。早期研究就已發(fā)現(xiàn)趨化因子通過與G 蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，在白細胞向炎癥部位遷移的過程中起著引導(dǎo)作用[4]。在動脈粥樣硬化斑塊形成過程中，脂質(zhì)顆粒被困在動脈壁[5]，內(nèi)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(chǎn)生促炎癥介質(zhì)，從而引發(fā)局部炎癥[6]，最終轉(zhuǎn)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(yīng)和白細胞遷移可能與NSTE-ACS的發(fā)生密切相關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)，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(diào)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(wěn)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(fā)現(xiàn)其下調(diào)基因主要參與SRP 依賴的膜靶向共翻譯蛋白、翻譯啟動、轉(zhuǎn)錄拼接及轉(zhuǎn)錄mRNA 分解代謝等生物學(xué)過程。此外，本研究從String 數(shù)據(jù)庫和Cytoscape 軟件分析結(jié)果顯示10個蛋白互作網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，其主要與核糖體蛋白有關(guān)。核糖體蛋白是核糖體的主要成分，核糖體具有參與DNA 修復(fù)、細胞發(fā)育調(diào)控和細胞分化等核糖體外功能。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)心肌肥厚預(yù)適應(yīng)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(dǎo)的線粒體氧化磷酸化復(fù)合體的轉(zhuǎn)錄加工、運輸過程相關(guān)[9]。由此推測，上述基因的差異性表達可能與NSTE-ACS的發(fā)生、發(fā)展亦密切相關(guān)，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(yīng)、白細胞遷移、蛋白質(zhì)翻譯啟動、轉(zhuǎn)錄拼接及轉(zhuǎn)錄mRNA 分解代謝等來調(diào)控NSTE-ACS 的發(fā)生。但有關(guān)動脈粥樣硬化斑塊發(fā)生發(fā)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。