近期，在《International Journal of Molecular Sciences》上發(fā)表了題為“Multi-Omics Profiling in Marfan Syndrome: Further Insights into the Molecular Mechanisms Involved in Aortic Disease”的文章，該文章通過轉(zhuǎn)錄組和蛋白組學(xué)研究主動(dòng)脈病的分子機(jī)制，炎癥和線粒體途徑在MFS相關(guān)主動(dòng)脈疾病的病理生理過程中發(fā)揮重要作用，提供了新的治療選擇。

胸主動(dòng)脈瘤是一種潛在的威脅生命的疾病，有很強(qiáng)的遺傳因素。本研究的目的是闡明馬凡綜合征（MFS）中動(dòng)脈瘤形成的分子機(jī)制。研究人員收集了來自FBN1變異陽性的MFS患者（n = 6）和健康供體（n = 5）的心臟主動(dòng)脈壁樣本。通過RNA測序測定信使RNA（mRNA）表達(dá)水平，并在MFS患者和對照組之間，以及單倍劑量不足（HI）和顯性負(fù)效應(yīng)（DN）的FBN1變異之間進(jìn)行比較。免疫組化染色、蛋白質(zhì)組學(xué)和細(xì)胞呼吸實(shí)驗(yàn)證實(shí)了研究人員的發(fā)現(xiàn)。MFS患者的FBN1 mRNA表達(dá)水平差異很大，與對照組無顯著差異。此外，沒有在MFS患者中發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的TGF-β基因表達(dá)特征。相反，差異基因和蛋白質(zhì)表達(dá)分析，以及血管平滑肌細(xì)胞呼吸測量，都指向炎癥和線粒體功能障礙。研究結(jié)果證實(shí)，炎癥和線粒體途徑在MFS相關(guān)主動(dòng)脈疾病的病理生理過程中發(fā)揮重要作用，提供了新的治療選擇。

MFS患者炎癥和線粒體途徑的過量表達(dá)

通過DESeq2算法，共得到1548個(gè)在MFS樣本與對照之間差異表達(dá)的基因：743個(gè)基因上調(diào)，805個(gè)基因下調(diào)。值得注意的是，上調(diào)和下調(diào)的前10個(gè)基因（除假基因和未定義基因外）中，大約有一半?yún)⑴c了轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。通路分析發(fā)現(xiàn)，MFS和對照組中差異表達(dá)的基因顯著富集在62條經(jīng)典通路中，包括16條與炎癥有關(guān)的通路和8條表明線粒體功能障礙的通路。圖1A顯示了前10條富集路徑。令人驚訝的是，在顯著富集的通路中，既沒有經(jīng)典的TGF-β信號(hào)通路，也沒有參與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架組織和細(xì)胞粘附和遷移的通路。針對經(jīng)典TGF-β信號(hào)通路的評(píng)估顯示，配體TGFB2的表達(dá)顯著增加（變化倍數(shù)2.3，F(xiàn)DR調(diào)整后的p值0.03）。TGF-β受體和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的表達(dá)沒有明顯改變。IPA鑒定的排名靠前的網(wǎng)絡(luò)功能與脂質(zhì)代謝和炎癥反應(yīng)有關(guān)。接下來分析了個(gè)體MFS患者的TGF-β通路基因表達(dá)。結(jié)果顯示，TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)沒有明顯改變。然而，個(gè)別基因（如FBN2、MMP9和TGFB2）在患者中的表達(dá)差異很大。上游調(diào)控因子分析預(yù)測參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控和DNA甲基化相關(guān)因子的上調(diào)。預(yù)計(jì)被下調(diào)的調(diào)控因子包括參與免疫反應(yīng)的基因。

圖1. RNA-seq數(shù)據(jù)的表達(dá)分析

（A）圖中描繪了根據(jù)與對照組相比的MFS患者主動(dòng)脈樣本中差異表達(dá)基因的IPA分析得出的前10條經(jīng)典路徑。（B）表中描述了基于觀察到的基因表達(dá)變化的IPA分析預(yù)測出的關(guān)鍵上游轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的激活或抑制。

研究人員對MFS患者和健康對照組的主動(dòng)脈壁樣本進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究。對分別只存在于MFS患者或?qū)φ战M樣本中的蛋白質(zhì)（分別指定為表達(dá)過量和不足）進(jìn)行了通路分析。與對照組相比，患者樣本中有169種蛋白質(zhì)過量表達(dá)，309種蛋白質(zhì)表達(dá)不足。在這478個(gè)失調(diào)的蛋白質(zhì)中，475個(gè)成功在IPA中定位到。通路分析指出，線粒體功能障礙和氧化磷酸化是最受影響的通路（圖2A），這進(jìn)而加強(qiáng)了RNA-seq結(jié)果（圖1A）。此外，參與細(xì)胞骨架完整性和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的通路受到不同地調(diào)控（圖2A）。IPA上游調(diào)控因子分析預(yù)測了參與細(xì)胞周期控制和DNA甲基化的因子上調(diào)。預(yù)測下調(diào)的調(diào)控因子包括參與線粒體呼吸和代謝的基因，包括PPARGC1A、PPARA和PPARD（圖2B）。因此，除了RNA-seq結(jié)果，蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)也表明了線粒體功能可能發(fā)生改變。線粒體功能障礙網(wǎng)絡(luò)表征（圖2C）可以預(yù)測線粒體呼吸功能受損，因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)中的所有蛋白質(zhì)均未得到充分表達(dá)。

圖2. 蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的表達(dá)分析

（A）圖中描繪了根據(jù)與對照組相比的MFS患者主動(dòng)脈樣本中差異調(diào)節(jié)蛋白的IPA分析得出的前10條經(jīng)典路徑。（B）表中描述了基于觀察到的蛋白質(zhì)表達(dá)變化的IPA分析預(yù)測出的關(guān)鍵上游轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的激活或抑制。（C）來自IPA的線粒體功能障礙網(wǎng)絡(luò)表征。

總之，炎癥和線粒體功能障礙似乎都在MFS的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。這些通路應(yīng)作為預(yù)防動(dòng)脈瘤進(jìn)展的潛在治療靶點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步探索。此次研究的數(shù)據(jù)表明，在胸主動(dòng)脈疾病的晚期，靶向TGF-β信號(hào)通路可能無效。