早发冠心病血瘀证DNA甲基化修饰及与DNA羟甲基化、mRNA表达谱的关联研究

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背景:早发型冠心病(premature coronary heart disease,PCHD)是发病年龄相对较早的冠心病类型,可能具有更显著的遗传特征和家族聚集性。针对PCHD表观遗传学调控的探索有助于理解遗传背景和后天环境因素的作用关系,并有望获得标志性的易感基因,有利于开发新的诊断和治疗靶点。中医“病证结合”的研究模式同时涵盖了对疾病局部与整体、先天与后天的阐述,符合表观遗传的思路。因此,全基因组的表观遗传研究有助于理解PCHD血瘀证的现代生物学本质。目的:对冠心病中医证型的DNA甲基化/羟甲基化表观研究进行文献分析,了解该领域的相关研究概况;采用全表观基因组研究(epigenome-wide study,EWAS)方法,通过高通量DNA甲基化芯片筛选PCHD血瘀证的差异基因并进行生物信息学分析,找寻PCHD血瘀证DNA甲基化与DNA羟甲基化、m RNA表达谱的内在联系。方法:(1)全面检索冠心病中医证型DNA甲基化/羟甲基化研究的密切相关文献,进行计量文献分析或描述性分析;(2)分别收集PCHD血瘀证、PCHD非血瘀证、非PCHD血瘀证和健康人的外周血标本,分离外周血单个核细胞(PBMC)。提取各组受试者的总DNA后,利用Me DIP免疫共沉淀甲基化芯片技术对全基因组启动子区进行DNA甲基化水平检测,比较各组的高通量甲基化程度差异,获得各组间比较的差异富集峰(DEP)及对应的差异甲基化基因。运用生物信息学方法,对各组比较的差异甲基化基因进行GO功能分析和KEGG通路分析。(3)结合课题组已获得的针对PCHD血瘀证、PCHD非血瘀证、非PCHD血瘀证、正常人的DNA羟甲基化EWAS结果以及针对PCHD血瘀证、健康人的全基因组m RNA表达检测结果,对3种高通量检测的差异基因取交集进行关联分析。结果:(1)全面检索与冠心病中医证型DNA甲基化/羟甲基化研究密切相关的文献后,由于相关文献数量较少,各文献的研究对象、目的、方法变异度大,不适合进行计量文献分析,故仅作描述性分析;已有研究获得了普通冠心病血瘀证的DNA甲基化差异基因谱和早发冠心病血瘀证的DNA羟甲基化差异基因谱,并有一些易感候选基因得到了进一步验证,但尚缺乏针对PCHD血瘀证的高通量DNA甲基化研究,以及DNA甲基化与DNA羟甲基化、m RNA表达的关联研究。(2)Me DIP结果显示PCHD血瘀证组启动子区较正常人有683个高甲基化DEP、286个低甲基化DEP;PCHD非血瘀证组较正常人有442个高甲基化DEP,355个低甲基化DEP;非PCHD血瘀证组较正常人有472个高甲基化DEP,540个低甲基化DEP;PCHD血瘀证组较PCHD非血瘀证组有697个高甲基化DEP,286个低甲基化DEP;PCHD非血瘀证组较非PCHD血瘀证组有376个高甲基化DEP,380个低甲基化DEP;(3)GO分析显示PCHD血瘀证与正常人比较的高甲基化差异基因主要涉及细胞凋亡/焦亡、抗原呈递与处理、细胞粘附、MAPK活化、细胞因子应答等生物功能(P<0.01),低甲基化差异基因主要涉及GABA能突触信号传递、呼吸爆发、缺氧适应、胺类物质催化过程等功能(P<0.01);PCHD血瘀证较PCHD非血瘀证的高甲基化差异基因主要涉及谷氨酸受体调节、神经递质受体活性、信号转导、离子转运、受体生物合成、细胞间信号交通等功能(P<0.01),低甲基化差异基因主要涉及G-菌防御反应、TNF及其超家族正向调控、Th1细胞免疫应答等功能(P<0.01);PCHD血瘀证较非PCHD血瘀证的高甲基化差异基因主要涉及细胞内酰胺代谢、心肌收缩力、平滑肌收缩调节、多肽代谢、肌肉收缩负调节、核内DNA复制、胰岛素分泌正向调节、线粒体膜电位、脂质结合等功能(P<0.01),低甲基化差异基因主要涉及泛素依赖的蛋白代谢过程、内质网-胞液蛋白转运等(P<0.01);KEGG通路分析结果示PCHD血瘀证组较正常组的高甲基化差异基因主要富集在c AMP信号转导、PPAR信号转导、病毒性心肌炎相关通路、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、神经胶质瘤、α亚麻酸代谢、p53信号转导、AMPK信号转导等通路(P<0.05),低甲基化差异基因主要富集在叶酸合成、急性髓细胞性白血病、细胞因子-细胞因子受体相互作用、MODY型糖尿病、炎症性肠病通路(P<0.05);PCHD血瘀证组较PCHD非血瘀证组的高甲基化差异基因主要集中在MAPK信号转导、酮体合成与降解、雌激素信号转导、Rap1信号转导、c AMP信号转导、胃酸分泌、催产素信号转导、肾素分泌、缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解等通路(P<0.05),低甲基化差异基因主要集中在磷酸肌醇代谢、硫胺素代谢、百日咳、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药、胰岛素信号转导、同种异体移植物排斥、肌动蛋白细胞骨架调节通路上(P<0.05);PCHD血瘀证较非PCHD血瘀证组的高甲基化差异基因主要富集在Gn RH激素信号转导、胆碱代谢、MAPK信号转导、长期药物协同作用、安非他命成瘾、钙重吸收、NF-κB信号转导、昼夜节律调节、肿瘤转录出错、Rap1信号转导等通路(P<0.05),低甲基化差异基因集中在细胞因子-细胞因子受体相互作用、炎症性肠病、Th17细胞分化、血小板活化、类风湿性关节炎、造血细胞系、MODY型糖尿病通路(P<0.05);(4)3种芯片差异基因的关联分析没有找到PCHD血瘀证3种遗传调节形式的共同差异基因,但依据“DNA甲基化↑——DNA羟甲基化↓——m RNA表达↓”调控轴的理解,PCHD血瘀证与正常人比较同时出现了m RNA表达水平变化和DNA甲基化水平变化的基因(LAMP1、RRAS、HLA-B、MED22、MORF4L2、PM20D2)。结论:(1)Me DIP甲基化高通量检测结果显示PCHD血瘀证、正常人、PCHD非血瘀证、非PCHD血瘀证4组互相比较获得的DEP分布、基因功能分布、基因通路分布都存在较大的差别,PCHD血瘀证的DNA甲基化特征不能简单用PCHD与中医血瘀证的叠加状态来解释,提示了“病证结合”研究模式的合理性;(2)PCHD血瘀证的甲基化差异基因涉及多种生物功能和通路,其整体特征可能为网络化模式;(3)LAMP1、RRAS、HLA-B、MED22、MORF4L2、PM20D2为PCHD血瘀证较正常人同时出现DNA甲基化水平差异和m RNA表达差异的基因,可能更加具有后续表观调控研究的价值。
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