FKTN突變擴張型心肌病相關基因的生物信息學分析

中圖分類號：R542.2 文獻標識碼：A文章編號：1006-1959（2025）09-0008-06

DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2025.09.002

Abstract：ObjectiveToinvestigatethepathogenicmechanismofFKTNgene mutationindilatedcardiomyopathy.MethodsTeGSE13828gene expressionproflrelatedtFKasdwladedfroteGenExpressonObsdatabaseandedierentialexpresionofKgene mutationmyocadaltiendalardalisueasaldTapRpacgessedtisplatfretiallexpd intheFKTgeneutantmyocardialtissendfurtereichmentaalysisofthdiferentillyexpressedgneswasperfodtfindte enrchentpathwaysProteninteractionetwokaalysisassedtofindtheeypathayproteisinthKeneutantmyocadaltisuead tofiditspathogenicmechanismandtherapeutictargetsResultsoifoaticsaalysisofFKTgneshowedtatcomparedwithtehealty controlgroup636ieetialypresentiutatioofcglatedde dow-regulatedAogtegatdGOalisdtatitasainlyentratedinatospodetaceai colgenfiberproiferationKEGGpathwayanalysisfoundtatteyweremainlyeicedinteinteractionofyokineytokinepto interleuki-igaingathactoiltainaligtaaligtad matrixeceteacteactiokaldatdC; regulatedgeesaldatleraediaspadalactdpmc microtubuleandproteinglycosylatioKEGGpathwayaalysisfoundthattheyweremainlycocentratedinmyocardialontractioilated cardiomyopathyandcalciumsignalingpathway.ProteininteractionnetworkanalysisfoundthatthekeynodegeneswereAsbl5andEfcab2. ConclusionThepathogenesisofmicewithFKTNmutation-relatedDCMmayberelatedtointracardiaccalciumhomeostasis，cardioyocyte inflammation，microtubule abnormalities，and extracellularmatrix hyperplasia.

Keywords：Dilatedcardiomyopathy;Genetictesting;FKTN;Bioinformatics

擴張型心肌病（dilatedcardiomyopathy，DCM）是18歲以下兒童最常見的心肌病，主要特點是左心室或雙心室擴大并伴有心臟收縮、舒張功能障礙，1年死亡率為 年死亡率為 56 % ，是心力衰竭及心臟移植最常見的原因，嚴重危害患兒的身心健康[1-3]。DCM病因主要分為兩大類，即原發性及繼發性。原發性擴張型心肌病是最常見的類型，無有效治療方法，只能給予對癥治療延緩病情發展，其病因跟基因突變有關。基因突變與DCM預后的嚴重程度相關-，通過研究基因突變所致擴張型心肌病的機制8，幫助尋找DCM基因治療的靶點。最近有一項系統分析9顯示，擴張型心肌病患者基因型陽性表型陰性親屬存在亞臨床心臟收縮功能障礙，為將來的遺傳咨詢及基因治療奠定基礎。

FKTN基因是原發性心肌病致病基因之一，其編碼Fukutin蛋白是一種活躍于高爾基復合體中的糖基轉移酶，即核糖醇5磷酸（Rbo5P）轉移酶，該酶的作用是把Rbo5P串聯到抗肌萎縮相關糖蛋白a亞基（a-DG）的糖鏈上，當FKTN基因突變時，Fukutin蛋白缺乏或減少，導致a-DG糖基化障礙。目前有實驗證明，當Fukutin蛋白缺乏或減少時，骨骼肌、心肌、神經的a-DG糖基化受損 a-DG 不能連接到細胞外骨架，使其從肌纖維的細胞外表面膜上降解或洗脫下來，導致一系列的臨床表征[0]。隨著研究進展，臨床上FKTN基因突變引擴張型心肌病有心力衰竭及惡性心律失常，有猝死風險[1213]。FKTN突變擴張型心肌病相關基因的生物信息學分析可以幫助尋找基因的致病機制。因此，本研究通過分析FKTN基因芯片GSE138280，研究FKTN基因突變中的差異表達基因、GO術語或通路的富集和蛋白-蛋白相互作用，預測潛在的靶點和藥物，更好地治療該疾病。

1資料與方法

1.1微陣列基因表達基于GPL21810平臺的GSE138280 基因表達譜，來自GeneExpression Om-nibus數據庫，在平臺中選取3例FKTN突變DCM小鼠和4例健康對照組小鼠的資料。GSE138280的實驗小鼠通過組織切片來證明FKTN突變小鼠左心室質量、壁厚的減少和心室的擴張。

1.2基因差異表達分析采用LimmaR包4篩選FK-TN相關DCM與正常心臟組織樣本之間的差異表達基因（設置： ），層次聚類和可視化通過熱圖R包來實現。

1.3差異表達基因的富集分析運用富集分析R包[]提供基因注釋和功能富集分析并可視化的分析。將差異表達基因導入到富集分析R包，使用基因本體論（GO）富集功能分析[對基因進行功能注釋并富集，將差異表達基因的功能分為生物過程、細胞成分和分子功能，并通過基因組百科全書（KEGG）通路分析得出富集通路，富集的通道以條形圖來可視化，從而幫助研究人員探索FKTN基因突變相關DCM的分子機制。 P lt; 0 . 0 5 表示差異有統計學意義。1.4蛋白質互作網絡分析相互作用基因/蛋白質檢索工具（STRING）數據庫（https：//string-db.org/）存儲了所有公開的蛋白質-蛋白質相互作用（PPI）信息來源[18]。因此，將差異表達基因列表上傳到STRING數據庫，建立以最低交互得分為中等標準置信度（大于0.5）的蛋白質互作網絡。隨后，將相互作用網絡導入Cytoscape（http：//apps.cytoscape.org/），利用Cytoscape對蛋白質互作網絡進行可視化，利用MCODE插件對網絡的重要模塊進行篩選并選擇最大團中心度拓撲算法排序前10位的樞紐節點。

2結果

2.1差異表達基因的確定分層聚類顯示出組內的高度同質性和組間的明顯分離，與健康對照組相比，FKTN突變組鑒定出5636個差異表達基因，其中2630個上調，3006個下調，分層聚類熱圖見圖1。

2.2功能富集分析結果通過GO功能富集分析發現，在上調基因相關的顯著功能富集方面，與生物過程（biologicalprocess，BP）有關的是白細胞遷移、趨化及對外界刺激的過度反應，與細胞組分（cellularcomponent，CC）有關的是細胞外基質膠原纖維增殖和紡錘體增生，與分子功能（molecularfunction，MF）

有關的是細胞因子活動、趨化因子活動、肽酶抑制活動，見圖2。在下調基因相關的顯著功能富集方面，與生物過程有關的是肌漿網鈣的轉運、鉀離子的轉運及心肌收縮轉導，與細胞組分有關的是內質網、肌小節、微管，與分子功能有關的是離子轉運、蛋白糖基化，見圖3。

通過KEGG通路富集分析發現，在上調基因顯著富集的通路有細胞因子-細胞因子受體的相互作用、白介素17信號通路、腫瘤壞死因子信號通路、趨化因子信號通路、P53信號通路及細胞外基質受體相互作用，見圖4；在下調基因顯著富集的通路有心肌收縮、擴張型心肌病、鈣信號通路，見圖5。

2.3蛋白互作網絡及模塊分析結果通過構建蛋白互作網絡，可以將差異表達基因編碼的蛋白與隱藏網絡中未連接節點之間的關系可視化。在上調基因蛋白互作網絡中有3個顯著的模塊，關鍵的節點基因有Fn1、CXC、Kif18a、CD44、Saa3，見圖6；在下調基因蛋白互作網絡中有2個顯著的模塊，關鍵的節點基因有Asb15、Efcab2，見圖7。

注：A模塊的關鍵節點基因為 F n 1 、CXC、Kif18a;B模塊的關鍵節點基因為CD44;C模塊的關鍵節點基因是Saa3。

注：A模塊的關鍵節點基因是Asb15;B模塊的關鍵節點基因是Efcab2。

3討論

目前越來越多的證據表明，DCM可能起源于各種致病因素，例如基因突變、環境影響和其他未知因素。FKTN基因突變已明確被報告可引起DCM[3]。在這些病例中，FKTN突變DCM患者經常出現心力衰竭和心律失常。臨床上，FKTN突變DCM的機制尚不清楚，也沒有發現與FKTN突變DCM的相關生物標志物。有研究通過使用FKTN突變的小鼠，發現FKTN在維持心臟收縮力、鈣穩態、高爾基體完整性和線粒體抗應激、細胞微管骨架方面至關重要，由于上述功能的異常，導致心肌細胞的壞死及細胞外基質的增生，被認為可能是導致DCM的原因[]。因此，通過對小鼠模型中FKTN突變DCM相關基因的生物信息學分析，可能會為DCM患者的致病機制、風險評估、治療方法提供一些新的見解。

本研究通過GEO數據庫獲取FKTN突變DCM小鼠的基因表達譜GSE138280。通過GSE138280鑒定了5636個差異表達基因，并對它們進行了功能富集和蛋白互作網絡分析，確定可能在FKTN突變DCM病理生理中發揮關鍵調控作用的分子功能、信號通路及節點基因。

GO和KEGG富集分析顯示，FKTN突變DCM中有幾個可能富集的功能和通路。在上調基因的GO分析中，生物學過程、細胞組分及分子功能在白細胞趨化、細胞因子激活等炎癥反應及細胞外基質增生明顯上調；在上調基因的KEGG通路分析中，在細胞因子-細胞因子受體的相互作用、白介素17信號通路、腫瘤壞死因子信號通路、趨化因子信號通路等炎癥通路明顯富集，考慮FKTN突變DCM存在高炎癥狀態，而細胞外基質受體相互作用通路上調，最終導致心肌組織的纖維化。在FKTN突變的小鼠骨骼肌病變研究中，觀察到骨骼肌炎癥反應增強，導致纖維化和凋亡，使用雷帕霉素抗炎癥反應后小鼠的預后改善[20]。本研究患者的肌肉組織病理提示炎癥細胞浸潤及肌細胞壞死。另一方面，在下調基因的GO分析中，生物學過程、細胞組分及分子功能方面在離子轉運、心肌收縮、微管功能、蛋白糖基化等方面顯著下調；在下調基因的KEGG通路分析中，心肌收縮、擴張型心肌病、鈣信號通路等相關基因顯著下調。這說明FKTN突變導致a亞基糖基化異常，同時引起細胞內微管骨架、鈣穩態的異常，導致心肌收縮力下降及心室擴張。

蛋白互作網絡顯示蛋白質及其功能相互作用，有助于了解生物過程和許多疾病的發展。在分析上調基因的蛋白互作網絡時，識別出了5個節點基因，即 F n 1 . C X C . K i f 1 8 a . C D 4 4 . S a a 3 。Fn1基因編碼細胞外基質的纖連蛋白，CD44基因編碼細胞表面糖蛋白，該蛋白可與纖連蛋白互相作用， F n1 及CD44過度上調可能會導致心肌組織的纖維化。有研究顯示2，通過給自發性高血壓的老鼠使用卡托普利等血管緊張素轉換酶抑制劑，可以下調Fn1表達，減輕心臟纖維化，證明了卡托普利在DCM的治療作用。Kif18a基因與微管形成相關，在FKTN致DCM的機制研究中，存在有微管異常積聚，使用秋水仙堿抑制微管積聚，可以改善心肌收縮。CXC、Saa3基因與炎癥反應相關，糖皮質激素通過控制炎癥，在肌營養不良合并DCM治療方面起到改善的效果[22]。分析下調基因蛋白互作網絡時，有2個關鍵的節點基因：Asb15、Efcab2。Asb15基因編碼的蛋白能抑制過度泛素化，預防DCM的發生[23]；Efcab2基因編碼鈣離子結合蛋白，與鈣離子轉運相關，而鈣穩態失調是DCM的病因之一。基于這些生物信息學的發現，FKTN相關DCM可能存在一些新的機制有待探索

綜上所述，本研究通過下載GEO數據庫有關FKTN突變DCM的基因表達芯片，利用綜合的生物信息學分析，找出FKTN突變DCM的心肌組織與正常心肌組織的差異表達基因，并通過基因富集分析，揭示了FKTN突變DCM可能的機制有炎癥反應激活、細胞外基質增生、鈣穩態失調、微管異常相關，并使用蛋白互作網絡分析，在上調基因找到5個關鍵的節點基因： F n1 、CXC、Kif18a、CD44、Saa3，在下調基因找到2個關鍵的節點基因：Asb15、Efcab2，這為FKTN突變DCM的機制、生物標志物及治療提供了新的見解。然而，還需要進一步的實驗探索來揭示FKTN突變DCM的機制。

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收稿日期：2024-04-16;修回日期：2024-05-23

編輯/王萌