非ST段抬高型急性冠状动脉综合征相关基因的生物信息学分析

李丹辉，董进中，陈国栋，朱建华

近年来，社区ST段抬高型心肌梗死（STEMI）的发病率逐渐降低，但非ST段抬高型急性冠状动脉综合征（NSTE-ACS）发病率却显著升高[1]。目前NSTE-ACS诊断尚无特异性的生物标志物，使得许多在心源性猝死发生前有相应症状的患者没能得到及时诊断而错过最佳治疗时机。因此，了解NSTE-ACS 的发生、发展机制，并筛选出早期生物标志物至关重要。随着分子生物学的快速发展，高通量基因芯片技术被广泛用于疾病基因表达谱的分析和特异分子标志物的发现[2]。笔者主要通过高通量基因表达数据库（GEO）筛选NSTE-ACS 相关表达基因，对差异基因进行生物学功能和信号通路分析，并探讨差异基因的相互作用规律，为NSTE-ACS 的生物标志物的筛选提供理论依据。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 材料 采用GPL6884：Illumina HumanWG-6 v3.0 expression beadchip 芯片平台。在GEO Datasets 搜索框中输入检索词“acute coronary syndrome（ACS）”，获得GSE60993 芯片数据。包含33 例（STEMI 组7 例，NSTE-ACS 组19 例和正常对照组7 例），提取其中26 例数据，包括NSTE-ACS 组19 例和正常对照组7 例。

1.2 差异基因筛选 采用GEO2R分析GEO数据库中的数据，差异表达基因需同时满足以下筛选条件：差异倍数（FC）的对数值（logFC）＞0.45 或＜－ 0.45 和P ＜0.05。

1.3 差异表达基因的生物信息学分析将上述样本筛选出的差异表达基因上传至DAVID 进行基因本体（GO）分析，主要包括分子功能（MF）、生物学过程（BP）和细胞组分（CC）3 个部分以及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路的富集分析[3]。

1.4 蛋白质互作网络构建 将上述样本筛选出的差异表达基因上传至String10.0在线分析工具（http://string-db.org），通过蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络分析NSTE-ACS 差异表达基因，并利用Cytoscape 软件（version3.4.0）构建PPI 网络，通过MCC 算法获取连接度最高的前10个基因作为关键基因。

2 结果

2.1 差异基因筛选结果 通过对NSTE-ACS组与正常对照组数据的差异表达基因筛选，共获得327 个差异表达基因，其中190 个上调基因和137 个下调基因，见封四彩图1。

2.2 差异表达基因GO分析 上调基因主要涉及免疫反应、白细胞迁移、蛋白稳定、蛋白磷酸化及O-聚糖加工等生物学过程；下调基因主要涉及免疫反应、SRP依赖的膜靶向共翻译蛋白、翻译启动、转录拼接及转录mRNA 分解代谢等生物学过程，见封四彩图2 ～3。

2.3 差异表达基因通路富集分析 差异基因主要富集于核糖体、哮喘、抗原处理和呈递、同种异体移植排斥反应及病毒性心肌炎等相关信号通路，见表1。

表1 NSTE-ACS 相关差异表达基因的KEGG 通路分析

2.4 差异表达基因PPI 分析结果 前10 个蛋白互作网络的中心节点（即核心基因）：核糖体蛋白S6（RPS6）、X连锁核糖体蛋白S4（RPS4X）、核糖体蛋白L13A（RPL13A）、核糖体蛋白L18（RPL18）、核糖体蛋白L14（RPL14）、核糖体蛋白L24（RPL24）、核糖体蛋白L17（RPL17）、Aurora 激酶B（NSA2）、核糖体蛋白37A（RPL37A）、核糖体蛋白S13（RPS13），见封四彩图4。

3 讨论

近年来随着生物信息学快速发展，高通量基因芯片及转录测序技术广泛用于人类疾病基因表达谱分析和寻找疾病特异分子标志物。本研究对NSTE-ACS组与正常对照组数据的差异表达基因筛选，共获得327 个差异表达基因，其中190 个上调基因和137 个下调基因；上调基因主要参与的分子生物功能，如免疫反应、白细胞迁移等。早期研究就已发现趋化因子通过与G 蛋白偶联受体结合，在白细胞向炎症部位迁移的过程中起着引导作用[4]。在动脉粥样硬化斑块形成过程中，脂质颗粒被困在动脉壁[5]，内皮细胞对修饰的脂蛋白表达黏附分子，然后招募免疫细胞到这些部位并产生促炎症介质，从而引发局部炎症[6]，最终转化为泡沫细胞，而泡沫细胞是动脉粥样硬化斑块的主要组成部分。因此，免疫反应和白细胞迁移可能与NSTE-ACS的发生密切相关。

研究发现，非编码RNA在心血管疾病的诊断和治疗中具有重要意义，而MiRNAs 是非编码RNA 中最常见的一种，具有在翻译水平负调控基因表达的功能[7]。MiRNAs 的研究目前主要集中在急性心肌梗死，而对不稳定型心绞痛的研究相对较少[8]。本研究通过对差异基因的富集分析发现其下调基因主要参与SRP 依赖的膜靶向共翻译蛋白、翻译启动、转录拼接及转录mRNA 分解代谢等生物学过程。此外，本研究从String 数据库和Cytoscape 软件分析结果显示10个蛋白互作网络的中心节点，其主要与核糖体蛋白有关。核糖体蛋白是核糖体的主要成分，核糖体具有参与DNA 修复、细胞发育调控和细胞分化等核糖体外功能。有学者发现心肌肥厚预适应刺激能够增强心肌线粒体功能，可能与线粒体核糖体蛋白介导的线粒体氧化磷酸化复合体的转录加工、运输过程相关[9]。由此推测，上述基因的差异性表达可能与NSTE-ACS的发生、发展亦密切相关，可为NSTE-ACS 的治疗提供新方向。

综上所述，NSTE-ACS 差异基因可能主要通过免疫反应、白细胞迁移、蛋白质翻译启动、转录拼接及转录mRNA 分解代谢等来调控NSTE-ACS 的发生。但有关动脉粥样硬化斑块发生发展的确切机制目前仍然未知，对其防治无法达到精准施策，需进一步深入研究。