成人爆发性心肌炎相关miRNA的生物信息学分析.pdf

收稿日期 第一作者简介 吴毓敏女住院医师主要从事冠心病、心力衰竭、心律失常等研究通信作者张长江医学博士教授硕士生导师主要从事介入心脏病学、心律失常心电生理等研究成人爆发性心肌炎相关 的生物信息学分析吴毓敏向 杰周 科张长江湖北民族大学附属民大医院(湖北 恩施)【摘要】目的 通过生物信息学方法寻找成人爆发性心肌炎中的差异表达、关键靶基因和通路为成人爆发性心肌炎的预防和早期诊断及治疗提供新思路 方法从公共基因数据库()中下载 表达谱使用在线分析工具 筛选出成人爆发性心肌炎患者血清和正常对照者血清的差异表达 并利用在线数据库 预测差异表达 的靶基因 使用 和 分别对靶基因进行功能、通路富集分析和蛋白互作分析使用 软件来筛选蛋白相互作用网络中的核心网络基因及显著相互作用模块 结果 共筛选出 个差异表达 其中下调 个上调 个(调整后)使用 预测 的靶基因按照 得分各取前 个靶基因进行分析故上调 靶基因为 个下调 靶基因 个(剔除无注释的基因)对靶基因进行 和 富集分析上调 靶基因 分析结果提示:生物过程:靶基因显著富集于以 为模板的转录调控、模板转录、聚合酶 启动子的转录等细胞单位:靶基因显著富集于胞内、肌动蛋白丝等分子功能:靶基因显著富集于核酸结合、金属离子结合、结合等 下调 靶基因 分析()结果提示:生物过程:靶基因显著富集于聚合酶 启动子转录的调控、信号通路的负调控、凋亡过程等细胞单位:靶基因显著富集于细胞质、核等分子功能:靶基因显著富集于氯离子通道复合物、蛋白质结合、序列特异性 结合等 上调 靶基因 富集分析结果提示 靶基因显著富集于逆行内源性大麻素信号、能突触、信号通路等下调 靶基因 富集分析结果提示 靶基因显著富集于 信号通路、信号通路等()分析发现了蛋白网络互作图中 个关键靶基因分别为、其中 个为上调 靶基因 个为下调 靶基因 结论 差异表达 、和凋亡等生物学过程和 信号通路等可能在成人爆发性心肌炎的发生发展过程中起着重要的作用【关键词】成人爆发性心肌炎生物信息学分析 预测靶基因【中图分类号】.【文献标识码】【文章编号】()()【】.().第 卷第 期(第 页)年 湖北民族大学学报医学版 .().().():():():():.():():():():.().【】爆发性心肌炎()是一种罕见的、独特的心肌炎又称急性重症病毒性心肌炎主要由多种病毒感染所引起 据流行病学调查发现每年心肌炎的患病率大约为/万其特点是发病急、病情发展迅猛、预后较差起病后短时间内可导致严重的血流动力学功能障碍甚至全身多脏器受累如不及时抢救病死率高达 病毒性心肌炎临床表现多样缺乏特异性实验室检查因而在临床上诊断比较困难早期诊断可能有助于治疗并有可能降低死亡率 是一种单链非编码 约有 个核苷酸通常通过与靶 的 结合而诱导基因沉默在多种疾病中起着重要作用 随着 测序及基因芯片技术的迅猛发展基于高通量数据的 及基因芯片表达分析在研究疾病的相关机制及分子诊断方面发挥了重要作用 本研究利用公共基因数据库()中 成 人 表 达 谱 芯 片 数 据筛选出成人 患者血清和正常对照者血清的差异表达()并预测其靶基因对靶基因进行功能()分析和通路()分析及蛋白互作分析()网络整合筛选出有意义的 模块和关键靶基因为成人 筛选分子标志物及进一步了解发病机制提供依据第 期 湖北民族大学学报医学版 材料与方法.数据来源从 数据库(:/./)下载 表达谱 分析其中 个样本包括 例成人 患者和 例正常健康者血清.筛选 利用 自带 在线网络分析工具对数据集 进行分析以调整后 为条件筛选差异表达.预测靶基因 利用 在线工具(:/./)预测差异表达 的靶基因取总评分值()最高的前 个预测靶基因进一步分析.靶基因生物信息分析 利用 在线分析软件(:/./)对成人 相关的差异表达 的预测靶基因进行 富集分析和 通路分析以 .的蛋白具有统计学意义 利用 插件 筛选出最有意义的两个模块及关键靶基因 结果.筛选 以 为条件筛选 个差异表达 其中下调 个上调 个 上调和下调差异表达 前 见表、表 表 上调()序号.对 靶基因进行 富集和 分析 使用 在线工具预测 的靶基因按照 得分各取前 个靶基因进行表 下调()序号.分析故上调 靶基因为 个下调 靶基因 个(剔除相关无注释的基因)上调 靶基因 分析(见表)结果提示:生物过程:靶基因显著富集于以 为模板的转录调控、模板转录、肽酶活性的负调控、聚合酶 启动子的转录等细胞单位:靶基因显著富集于胞内、肌动蛋白丝等分子功能:靶基因显著富集于核酸结合、金属离子结合、转录因子活性序列特异性 结合、聚合酶核心启动子近端区序列特异性 结合、结合等 下调 靶基因 分析(见表)结果提示:靶基因显著富集于:生物过程:聚合酶 启动子转录的调控、信号通路的负调控、凋亡过程等细胞单位:靶基因显著富集于细胞质、核等分子功能:靶基因显著富集于氯离子通道复合物、蛋白质结合、序列特异性 结合、聚合酶 调控区序列特异性 结合等 上调 靶基因 富集分析(见表)结果提示:靶基因显著富集于逆行内源性大麻素信号、能突触、羟色胺能突触、信号通路、吗啡成瘾、癌症中的胆碱代谢、急性粒细胞白血病等下调 靶基因 富集分析(见表)结果提示:靶基因显著富集于 信号通路、信号通路等.分析 将所筛选出来的上调和下调 靶基因导入 数据库绘制 网络图(图)该图筛选出 个蛋白节点 条边富集 值为.应用 插件 对 网络图进行分析筛选出 个最显著的模块(图、图)及相关信息见表 筛选出度值 且度值最高的 个枢纽节点为、其中 个为上调 靶基因 个为下调 靶基因见表 及图 湖北民族大学学报医学版 第 期表 上调 靶基因 分析类型分类编号基因数基因功能:.以 为模板的转录调控:.模板转录:.肽酶活性的负调控:.聚合酶 启动子的转录:.胞内:.肌动蛋白丝:.核酸结合:.金属离子结合:.转录因子活性序 列 特 异 性 结合:.聚合酶核心启动子近端区序列特异性 结合:.结合表 下调 靶基因 分析类型分类编号基因数基因功能:.聚合酶 启动子转录的正调控:.聚合酶 启动子转录的负调控:.信号通路的负调控:.凋亡过程:.细胞质:.核:.氯离子通道复合物:.蛋白质结合:.序 列 特 异 性 结合:.聚合酶 调控区序列特异性 结合表 上调 靶基因 分析通路 通路注释基因数基因逆行内源性大麻素信号.能突触.羟色胺能突触.信号通路.吗啡成瘾.癌症中的胆碱代谢.急性粒细胞白血病.表 下调 靶基因 分析通路 通路注释基因数基因 信号通路.信号通路.图 网络图图 模块一第 期 湖北民族大学学报医学版 图 模块二图 关键 靶基因蛋白互作网(颜色越深度值越大)表 应用 插件 对 网络图进行分析筛选出最显著的两个模块信息模块得分节点边基因一 二.讨论 发病的根本原因和病理生理机制与急性非暴发性心肌炎相似普遍认为病毒感染是其主要原因 的主要病理变化包括心肌水肿、凋亡、坏死和炎性细胞浸润 目前实验室检查如肌钙蛋白 或、肌酸激酶、乳酸脱氢酶和脑钠肽被应用于心血管疾病的临床诊断 然而在心肌损伤过程中这些生物标志物的水平发生了巨大的变化 心内膜活检是诊断心肌炎的金标准但是敏感性和特异性有限 因此迫切需要具有较高敏感性和特异性的新的生物标志物来诊断 对差异 进行靶基因预测取前 个靶基因进行分析故上调 靶基因为 个下调 靶基因 个表 个关键 靶基因序号 度值基因名中文名称上/下调 靶基因鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(蛋白)转导活性多肽 上调环盒 泛素蛋白连接酶下调鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(蛋白)上调磷酸肌醇激酶调节亚单位()下调聚 合 酶()(导向)多肽 下调 泛素结合酶 下调聚 合 酶()(导向)多肽 上调膜联蛋白 下调 组蛋白家族成员 下调 组蛋白家族成员 上调对靶基因进行 和 富集分析经整体分析发现 聚合酶 启动子的转录主要参与了 的生物过程细胞单位主要富集于细胞内而分子功能主要涉及到 结合研究表明 在 中表达上调而 表达下降且该研究提出了 可作为诊断 的一种新型潜在生物标志物 本研究结果显示 在 中表达上调 表达下降另外本研究筛选出的 个关键靶基因中 为 预测靶基因故推断/轴可能是 潜在治疗靶点但仍需进一步研究 信号通路在肿瘤中异常激活同时还具有刺激细胞凋亡和衰老的能力另外与炎症反应也有着密切的关系 的主要病理变化包括心肌水肿、凋亡、坏死和炎性细胞浸润 而本研究结果发现 信号通路在成人 中被大量激活凋亡参与了其生物过程 由此可初步得出 信号通路在成人 发生发展的机制中有着不可忽视的作用 目前关于本研究的其它差异 及其信号通路研究较少需要进一步探索为未来研究提供了新的方向在人类和实验诱导的小鼠模型中均已报道了心肌炎与主要组织相容性复合体()基因之间的遗传联系 有研究表明通过特定基因(如 和)的信号传导阻断可增强或预防实验性自身免疫性心肌炎的发展 本研究通过 网络图分析得到 湖北民族大学学报医学版 第 期 关键靶基因筛选得到了 个上调 靶基因 个下调 靶基因:、目前关于成人 的相关基因研究较少上述基因可能为其发病的关键基因值得进一步的研究综上所述本研究通过生物信息学方法分析 表达谱芯片数据得到可能与成人 相关的、基因和信号通路 其中上调 、下调 和 信号通路的激活等可能在成人 的发生发展过程中起着重要作用 此外筛选出的 个关键预测靶基因在 的作用有待进一步研究参考文献 .:.():.:.():.():.(/):.().:.():.:.():.:.:.():.责任编辑:牟冬生(上接第 页).():.:.():.():.():.().():.责任编辑:牟冬生第 期 湖北民族大学学报医学版