李 雪，馮彥超，牟華明，樂(lè) 暾

冠心病是指冠狀動(dòng)脈粥樣硬化引起冠狀動(dòng)脈狹窄或閉塞，導(dǎo)致心肌缺血缺氧或心臟壞死，通過(guò)各種作用機(jī)制導(dǎo)致一系列不良后果，甚至出現(xiàn)心臟性猝死。目前，冠心病已嚴(yán)重威脅到中老年人群的健康[1]。近年來(lái)，基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)快速增長(zhǎng)，利用生物信息學(xué)方法對(duì)基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘成為新的研究熱點(diǎn)，既往對(duì)冠心病的基因研究多聚集在微小RNAs(microRNAs)上，已有研究證實(shí)，冠心病的病理生理過(guò)程與microRNAs密切相關(guān)[2]，但對(duì)冠心病病人表達(dá)的其他基因認(rèn)識(shí)不足且其他基因是否為冠心病的新型治療靶點(diǎn)研究較少。本研究使用GEO數(shù)據(jù)庫(kù)尋找冠心病病人相關(guān)基因芯片、繪制Venn圖尋找共同表達(dá)的差異基因，運(yùn)用京都基因與基因組百科全書(shū)(KEGG)、STRING等數(shù)據(jù)庫(kù)尋找共同差異表達(dá)基因之間的聯(lián)系，進(jìn)一步尋找冠心病的特征性基因，以期為冠心病早期診斷及特異性靶向治療提供依據(jù)。

1 資料與方法

進(jìn)入GEO數(shù)據(jù)庫(kù)(www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)，在輸入框中輸入“coronary disease” AND “coronary heart disease”，檢索現(xiàn)有的冠心病基因芯片數(shù)據(jù)集，獲取兩個(gè)數(shù)據(jù)集GSE71226、GSE98583。GSE71226以外周血為研究組織，共納入6名研究對(duì)象，其中3例為冠心病病人，3名為正常人；GSE98583以全血為研究組織，共納入18名研究對(duì)象，6例為單支血管病變的冠心病病人，6例為三支血管病變的冠心病病人，6名為無(wú)血管病變的正常人。

2 結(jié) 果

2.1 差異表達(dá)基因的分析 利用GEO數(shù)據(jù)庫(kù)的GEO2R在線分析工具尋找差異表達(dá)基因。將GSE71226中的3例冠心病病人樣本作為試驗(yàn)組，3名正常人樣本作為對(duì)照組；GSE98583中的12例存在血管病變的病人樣本作為試驗(yàn)組，6名無(wú)血管病變的正常人樣本作為對(duì)照組，分析兩個(gè)基因集差異表達(dá)基因。將從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到的且差異倍數(shù)≥1、P<0.05的基因作為差異表達(dá)基因。詳見(jiàn)表1、表2。

表1 GSE98583中的部分差異表達(dá)基因

表2 GSE71226中的部分差異表達(dá)基因

2.2 共同表達(dá)差異基因的分析 將兩個(gè)芯片中(GSE71226、GSE98583)選擇的差異表達(dá)基因進(jìn)行Venn圖分析，尋找共同表達(dá)差異基因，存儲(chǔ)后以供分析。詳見(jiàn)圖1。

圖1 共同表達(dá)差異基因Venn圖

2.3 基因本體(GO)富集分析 利用DAVID網(wǎng)站將共同表達(dá)差異基因進(jìn)行GO富集分析，GO分析發(fā)現(xiàn)共同表達(dá)差異基因功能主要集中在以下幾個(gè)方面：1990440 RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的正調(diào)控(positive regulation of transcription from RNA polymerase Ⅱ promoter in response to endoplasmic reticulum stress)；0021549小腦發(fā)育(cerebellum development)；0005783內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum)；0070062胞外小體(extracellular exosome)；0005615胞外間隙(extracellular space)；0005654核質(zhì)(nucleoplasm)；0005515蛋白質(zhì)結(jié)合(protein binding)；0019838生長(zhǎng)因子結(jié)合(growth factor binding)；0004872受體活性(receptor activity)。詳見(jiàn)表3。

表3 共同差異基因GO富集分析

2.4 KEGG通路分析 利用DAVID網(wǎng)站將共同表達(dá)差異基因進(jìn)行KEGG通路分析，發(fā)現(xiàn)了1條關(guān)鍵途徑，即酪氨酸激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(P<0.05)。詳見(jiàn)表4、圖2。

表4 共同差異基因KEGG通路分析

圖2 JAK-STAT信號(hào)通路(五星位置為本研究中蛋白)

2.5 蛋白-蛋白相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)分析 通過(guò)STRING網(wǎng)站對(duì)共同表達(dá)差異基因行PPI網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)IL6ST與SOCS1聯(lián)系較緊密。詳見(jiàn)圖3。

圖3 共同差異基因PPI網(wǎng)絡(luò)

3 討 論

冠心病是一種常見(jiàn)的慢性疾病，若不及時(shí)診治，病人生命安全及生活質(zhì)量將受到嚴(yán)重的影響[3-4]。有研究顯示，冠心病已成為因病死亡的首要原因[5]，評(píng)估部分心血管危險(xiǎn)因素在疾病預(yù)防和預(yù)后方面起重要作用，但完全預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)事件略顯不足[6-7]。一些分子標(biāo)志和血清炎癥標(biāo)志物雖然在這方面獲得了越來(lái)越多的關(guān)注，僅適當(dāng)增加了預(yù)測(cè)能力[8]。因此，尋找敏感的疾病標(biāo)志物以揭示疾病的初始失調(diào)和潛在機(jī)制是目前研究需解決的問(wèn)題。

本研究通過(guò)生物信息學(xué)方法，篩選GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中現(xiàn)有的芯片數(shù)據(jù)，獲得兩個(gè)有關(guān)冠心病的基因集，與正常人進(jìn)行對(duì)照，對(duì)兩個(gè)基因集取交集，獲得50個(gè)共同表達(dá)差異基因，進(jìn)一步對(duì)共同表達(dá)差異基因進(jìn)行相關(guān)分析，對(duì)冠心病病人體內(nèi)差異基因進(jìn)一步分析。通過(guò)對(duì)共同表達(dá)差異基因進(jìn)行GO富集分析，發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的是小腦發(fā)育、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞外小體這一系列功能；通過(guò)進(jìn)行KEGG通路分析，發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的是JAK-STAT信號(hào)通路，該通路中部分成員在心肌中表達(dá)[9]。相較于其他信號(hào)通路，該通路涉及多個(gè)病理生理過(guò)程[10]，且對(duì)心肌血管的生成及缺血心肌的保護(hù)也有一定作用[11]。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，IL6ST、PIAS2、SOCS1這3個(gè)冠心病基因參與該通路，相關(guān)研究證實(shí)，SOCS1通過(guò)升高體內(nèi)促炎細(xì)胞因子水平進(jìn)而參與冠心病發(fā)病[12]。關(guān)于IL6ST及PIAS2與冠心病之間的關(guān)系未見(jiàn)相關(guān)研究。

目前醫(yī)療診治手段不能完全治愈冠心病，雖然部分病人行經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)治療，但術(shù)后需長(zhǎng)期口服藥物治療。介入治療雖然可有效開(kāi)通部分血管，但無(wú)法逆轉(zhuǎn)其生物學(xué)進(jìn)程。部分病人術(shù)后出現(xiàn)冠狀動(dòng)脈再狹窄現(xiàn)象，導(dǎo)致病人再次選擇介入術(shù)開(kāi)通血管或其他有效治療方法，從而增加醫(yī)療開(kāi)支[13]。有研究表明，動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與JAK-STAT通路介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)有關(guān)[14]。本研究未對(duì)該信號(hào)通路涉及冠心病的基因進(jìn)行研究，通過(guò)基因芯片方法，尋找出IL6ST、PIAS2及SOCS1這3個(gè)基因，該結(jié)果為早期診斷冠心病提供可能，并成為潛在治療靶點(diǎn)，通過(guò)對(duì)上述3個(gè)基因的提前檢測(cè)，可減少病人后續(xù)的醫(yī)療費(fèi)用并提高后期的生活質(zhì)量。