陳亭亭 劉紅麗 劉順華 王永春

摘要：目的 鑒定子癇前期發(fā)病相關重要基因，預測差異基因可能參與調(diào)控的關鍵生物學進程，為未來子癇前期機制研究提供理論基礎。方法 對GSE74341芯片數(shù)據(jù)進行差異分析，鑒定早發(fā)型子癇前期和晚發(fā)型子癇前期中差異表達的基因，并對差異基因進行GO功能聚類分析和KEGG信號通路分析，預測差異基因可能參與調(diào)控的關鍵生物學進程。結果 通過分析芯片數(shù)據(jù)鑒定1227個在早發(fā)型子癇前期中差異表達的基因，331個在晚發(fā)型子癇前期中差異表達的基因以及有739個在早發(fā)型子癇前期和晚發(fā)型子癇前期之間差異表達的基因。通過對差異基因進行GO功能聚類分析和KEGG信號通路分析，預測差異基因可能參與調(diào)控的關鍵生物學進程。結論 通過生物信息學分析出與子癇前期可能相關的重要基因，可以進一步對這些基因在子癇前期的功能進行驗證。

關鍵詞：早發(fā)型子癇前期，晚發(fā)型子癇前期，生物信息學分析

子癇前期（PE）是孕產(chǎn)婦及圍產(chǎn)期發(fā)病及致死的主要病癥之一。據(jù)統(tǒng)計，全球大約每年有50000～60000起子癇前期相關的死亡案例[1]。在子癇前期病例中，胎兒和母親都面臨較差的預后及未來長期高危的心血管疾病和代謝疾病[2～3]。目前研究將子癇前期主要分為早發(fā)型子癇前期（EOPE）和晚發(fā)型子癇前期（LOPE）。早發(fā)型子癇前期指發(fā)病在懷孕34周前的子癇前期，而發(fā)病在妊娠34周后的則稱為晚發(fā)型子癇前期。早發(fā)型子癇前期屬于子癇前期中最嚴重的病癥，發(fā)病率雖低于晚發(fā)型子癇前期，但一般與新生兒的發(fā)病率與死亡率相關。而晚發(fā)型子癇前期則更多得表現(xiàn)為母親代謝綜合征、慢性高血壓等心血管疾病和代謝疾病的發(fā)病相關[4～5]。兩者在病癥上有所重疊，但在母嬰圍產(chǎn)期結局、預后及后續(xù)并發(fā)癥上有所區(qū)別，此外，兩者的發(fā)病原因上也有所區(qū)別，一般被認為是兩種不同病癥。

為了有效預防、診斷及治療子癇前期，明確早發(fā)型子癇前期和晚發(fā)型子癇前期發(fā)病及調(diào)控方式的區(qū)別尤為重要。本研究旨在通過鑒定早發(fā)型與晚發(fā)型子癇前期差異表達基因，預測差異基因可能參與調(diào)控的關鍵生物學進程，為子癇前期的診斷治療奠定基礎。

1方法材料

1.1 研究對象及來源

在美國國家生物技術信息中心（NCBI）GEO 數(shù)據(jù)庫中下載GSE74341芯片數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)集是Liang等分析來自7個早發(fā)型子癇前期（EOPE），8個晚發(fā)型子癇前期（LOPE）和10個正常產(chǎn)婦（5個早產(chǎn)和5個足月）胎盤組織的表達譜芯片數(shù)據(jù)。

1.2 差異基因分析及鑒定

使用R包limma對GSE74341芯片數(shù)據(jù)進行基因差異表達分析， 選擇差異倍數(shù)大于2倍或者小于0.5倍且校正的p值小于0.05的基因為差異基因，使用R包pheatmap繪制熱圖。

1.3 差異基因生物學功能預測

使用R包clusterProfiler進行Gene Ontology 功能富集分析（GO分析）和KEGG信號通路分析。GO分析包含三個模塊，分別為生物進程分析（BP），細胞組成分析（CC）以及分子功能分析（MF）。

2結果

2.1 芯片數(shù)據(jù)分析差異基因

GSE74341芯片是利用GPL16699芯片平臺分析來自7個早發(fā)型子癇前期（EOPE），8個晚發(fā)型子癇前期（LOPE）和10個正常產(chǎn)婦（5個早產(chǎn)和5個足月）胎盤組織的表達譜芯片數(shù)據(jù)[6]。我們利用R分析GSE74341芯片中在早發(fā)型子癇前期，晚發(fā)型子癇前期差異表達的基因（|LogFC＞1|）。分析得到1227個在早發(fā)型子癇前期中差異表達的基因，其中包括680個基因上調(diào)表達和547個下調(diào)表達基因；331個在晚發(fā)型子癇前期中差異表達的基因，其中包括252個上調(diào)表達的基因和78個下調(diào)表達的基因。

進一步利用R分析GSE74341芯片中早發(fā)型子癇前期與晚發(fā)型子癇前期之間差異表達基因（|LogFC>1|）。結果發(fā)現(xiàn)，有739個基因在早發(fā)型子癇前期和晚發(fā)型子癇前期之間差異表達，相比于早發(fā)型子癇前期，有 477個基因在晚發(fā)型子癇前期上調(diào)表達的基因和261個基因在晚發(fā)型子癇前期下調(diào)表達。該結果也證明，對早發(fā)型子癇前期與晚發(fā)型子癇前期的調(diào)控機制確實存在較大差異。

2.2 生物學功能分析和信號通路分析

為了進一步探究可能參與調(diào)控子癇前期發(fā)病及進展過程的生物學過程，我們利用GO功能富集分析在早發(fā)型子癇前期組差異表達基因參與的重要生物學途徑。分析結果顯示，早發(fā)型子癇前期的差異表達基因主要富集在蛋白酶體介導的泛素化依賴性蛋白降解途徑，外部封裝結構等20種細胞進程；主要富集在細胞-底物連接、核斑點等20種細胞組成；以及主要富集在GTP酶活性、GTP酶結合、小GTP酶結合等20種分子功能。

此外，利用KEGG信號通路分析與早發(fā)型子癇前期可能相關的信號通路。分析結果顯示，可能與早發(fā)型子癇前期相關基因主要參與調(diào)控緊密連接、Wnt信號通路、內(nèi)質網(wǎng)中蛋白加工，人免疫缺陷病毒1感染等20種信號通路。

同樣的，利用GO功能富集分析在晚發(fā)型子癇前期組差異表達基因參與的重要生物學途徑。分析結果顯示，晚發(fā)型子癇前期的差異表達基因主要富集在糖蛋白代謝、糖蛋白合成等20種生物進程；主要富集在核斑點、晚期內(nèi)體等20種細胞組成；以及主要富集在調(diào)控半胱氨酸型肽酶活性、分子載體活性、單鏈RNA結合等20種分子功能。

利用KEGG信號通路分析與晚發(fā)型子癇前期可能相關的信號通路。分析結果顯示，可能與晚發(fā)型子癇前期相關基因主要富集在調(diào)控肝癌、甲狀腺激素信號通路等20種信號通路。見圖1。

目前的研究認為，早發(fā)型子癇前期與晚發(fā)型子癇前期在發(fā)病原因，調(diào)控機制，病癥表現(xiàn)等各方面存在較大區(qū)別，是兩種不同疾病。差異表達基因分析也同樣發(fā)現(xiàn)，早發(fā)型子癇前期與晚發(fā)型子癇前期患者間存在不同的基因表達模式。

GO功能富集分析結果顯示，在早發(fā)型子癇前期與晚發(fā)型子癇前期之間差異表達基因主要富集在正向調(diào)控MAPK級聯(lián)通路，細胞生長、細胞外基質相關，細胞外結構相關等20種生物進程；主要富集在含膠原蛋白細胞外基質、質膜外側等20種細胞組成；以及主要富集調(diào)控磷脂結合、細胞外基質結構構成、碳水化合物結合等20種分子功能。

此外，KEGG信號通路富集分析顯示在早發(fā)型子癇前期與晚發(fā)型子癇前期之間差異，表達基因主要富集調(diào)控PI3K-Akt信號通路、Rap1信號通路。見圖2。

3討論

子癇前期是導致孕產(chǎn)婦及新生兒患病及死亡的主要疾病之一。目前，研究將子癇前期主要分為早發(fā)型子癇前期和晚發(fā)型子癇前期，發(fā)病于妊娠34周前的子癇前期被稱為早發(fā)型子癇前期，發(fā)病主要危及新生兒健康；發(fā)病于懷孕34周后的子癇前期被稱為晚發(fā)型子癇前期，發(fā)病主要影響母體健康。胎盤被普遍認為是子癇前期發(fā)病的主要環(huán)節(jié)，研究患者胎盤與正常產(chǎn)婦胎盤差異表達基因是探究子癇前期發(fā)病及進展的可靠手段。

在過去的研究中，研究人員利用生物信息學分析子癇前期患者胎盤組織的轉錄組變化，有助于識別子癇前期發(fā)病及進展的生物學機制。有研究[7]利用高密度寡核苷酸微陣列進行全基因組表達譜分析，在子癇前期胎盤組織中鑒定到70個上調(diào)和67個下調(diào)表達基因。本研究結果顯示，Wnt信號通路、GTP酶活性、PI3K-Akt信號通路等被廣泛富集。

綜上所述，通過生物信息學分析出與子癇前期可能相關的重要基因，可以進一步對這些基因在子癇前期的功能進行驗證。

參考文獻

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