中国医药导报2019年8月第16卷第23期窑论著窑miRNA-494与慢性心力衰竭心肌纤维化相关性的生物信息学分析梁珊1何亚州1李丽娟1黄彩依1王庆高25300231.广西中医药大学研究生学院袁广西南宁530001曰2.广西中医药大学第一附属医院心血管科袁广西南宁[摘要]目的利用生物信息学分析方法袁探讨miRNA-494与慢性心力衰竭患者心肌纤维化机制的联系遥方法利用GEO数据库筛选出GSE104150数据集袁分析慢性心力衰竭患者及健康对照者差异表达miRNA袁对其中miR-miR-494在慢性心力衰竭患者样本中呈差异性表达遥在细胞质尧细胞核等细胞组成袁蛋白质结合等分子功能袁细胞增殖与迁移尧磷脂酰肌醇介导的信号传导等生物功能袁以及多条心肌纤维化尧慢性心力衰竭相关信号通路如转并与心肌纤维化发生发展有一定相关性袁有待进一步研究证实遥[关键词]miRNA曰心肌纤维化曰慢性心力衰竭曰生物信息学[中图分类号]R541.61[文献标识码]A[文章编号]1673-7210渊2019冤08渊b冤-0007-06494预测靶基因及靶基因集分别进行基因本体渊GO冤富集分析及信号通路富集分析遥结果与对照者比较袁化生长因子-茁尧PI3K/Akt尧MAPK等信号通路中富集遥结论推测miR-494在慢性心力衰竭患者中差异性表达袁BioinformaticsanalysisoftherelationshipbetweenmiRNA-494andmy鄄ocardialfibrosisinchronicheartfailureLIANGShan1HEYazhou1LILijuan1HUANGCaiyi1WANGQinggao21.GraduateSchool,GuangxiUniversityofChineseMedicine,GuangxiZhuangAutonomousRegion,NanningZhuangAutonomousRegion,Nanning530023,ChinaChina;2.DepartmentofCardiology,theFirstAffiliatedHospitalofGuangxiUniversityofChineseMedicine,Guangxi[Abstract]ObjectiveToexplorethemechanismofmyocardialfibrosisinchronicheartfailurepatientsbyusingbioin鄄formaticsanalysis.MethodsTheGSE104150datasetthroughGEOdatabasewasfilteredout,thedifferentiallyex鄄whichshouldbeperformedthegeneontology(GO)enrichmentanalysisandsignalpathwayenrichmentanalysis.Re鄄pressedmiRNAsbetweenheartfailureandhealthycontrolwasanalyzed.ThetargetgenesofmiR-494werepredicted,sultsComparedwiththehealthycontrol,miRNA-494wasdifferentiallyexpressedinthechronicheartfailurepatients.TheGOanalysisshowedthetargetgenesofmiR-494wereenrichedincellcomponentssuchascytoplasmandnucleus,pathways.ConclusionItisspeculatedthatmiRNA-494isdifferentiallyexpressedinpatientswithchronicheartfail鄄toconfirm.[Keywords]MiRNA;Myocardialfibrosis;Chronicheartfailure;Bioinformaticsanalysismolecularfunctionsasproteinbindingandbiologicalfunctionsascellproliferationandmigration,phosphatidylinositol-mediatedsignaling.TheKEGGbiologicalpathwaywasmainlyenrichedinTGF茁,PI3K/Akt,andMAPKsignalingure,andithasacertaincorrelationwiththeoccurrenceanddevelopmentofmyocardialfibrosis,furtherresearchisneeded530001,微小RNA渊MicroRNA袁miRNA冤为非编码单链RNA分子遥大量证据表明袁其在癌症尧心血管疾病等的发生[基金项目]国家自然科学基金资助项目渊81160437冤曰广西中医药大学第一附属医院科研项目渊2014年广西高校重点学科结余经费冤渊2017XK03冤遥[作者简介]梁珊渊1992-冤袁女袁广西中医药大学2016级中医内科学专业在读硕士研究生曰研究方向院中西医结合防治心血管疾病遥[通讯作者]王庆高渊1975-冤袁男袁博士袁主任医师袁主要从事临床心血管疾病治疗及研究遥发展过程中袁常存在不同程度的异常表达[1-2]遥研究发信号传导相关的几个基因[3-4]遥现袁miR-208a与内皮糖蛋白表达及心脏纤维化相关袁miRNA-221/222可能靶向与转化生长因子茁渊TGF茁冤CFs冤异常增殖并分泌大量胶原蛋白袁细胞外基质病理性积聚[5]遥心力衰竭是由心肌梗死尧心肌病等多种原因心肌纤维化心肌成纤维细胞渊cardiacfibroblasts袁引起的心肌损伤袁造成心肌结构和功能的变化袁导致功能低下遥慢性心力衰竭多合并心肌纤维化袁心肌纤维化程度与心室射血分数关系密切袁心力衰竭的标志CHINAMEDICALHERALDVol.16No.23August20197窑论著窑中国医药导报2019年8月第16卷第23期性心肌损伤是心肌中间质和微血管周围内胶原纤维渊即玉型胶原冤的弥散积累[6-7]遥有效防治心肌纤维化对慢性心力衰竭的发生发展有重大意义遥基于此袁本研究通过生物信息学分析袁为防治慢性心力衰竭心肌纤维化提供新思路遥1资料与方法1.1筛选差异性miRNA使用GeneExpressionOmnibus渊GEO冤数据库检索miRNA尧慢性心力衰竭及心肌纤维化相关基因芯片遥1.2miRNA靶基因预测及分析使用TargetScanHuman尧miRWalk尧miRDB数据库袁对miRNA靶基因进行检索遥利用网页工具Bioinfor鄄matics&EvolutionaryGenomics对总靶基因取交集处图2miRNA-494在GSE10数据集中的表达情况理遥利用DAVIDBioinformaticsResources数据库工具和KOBAS网页工具对靶基因集进行功能富集分析及信号通路富集分析遥2结果2.1差异性miRNA数据库检索并筛选出慢性心力衰竭与miRNA相关数据集GSE104150袁其中包含人类健康对照及心力衰竭样本共16个袁miRNA共2571个袁将P值和logFC设定为院P<0.01袁logFC>2or<-2袁取前20个结果袁绘制热图渊图1袁封四冤遥其中miRNA-494在慢性心力衰竭样本中呈高表达袁见图2遥经文献检索袁miR-494在冠心病等心血管疾病中异常表达袁并与慢性心力衰竭的发生发展相关遥此外袁miR-494在纤维化疾病中存在差异性表达袁故选择miRNA-494作为进一步研究对象袁探讨其在慢性心力衰竭心肌纤维化中的作用及影响遥2.2miRNA-494靶基因预测2864条结果袁miRWalk检索67635条结果袁miRDB检索607条结果袁对上述数据库检索出的靶基因进行交集见图3遥取交集袁最终得到284个共同的靶基因遥靶基因预测miRNA-494靶基因检索袁TargetScan检索出图3miRNA-494靶基因预测交集Venn图2.3miR-494靶基因功能预测靶基因GO功能富集分析结果显示这些靶基因富集在蛋白质结合尧RNA聚合酶域核心启动子近端区序列特异性DNA结合尧转录因子活性等分子功能中袁在RNA聚合酶域启动子调控转录尧细胞迁移尧磷脂酰肌醇介导的信号传导等生物过程中富集遥并在细胞质尧细胞核尧高尔基膜尧细胞内膜结合细胞器等细胞组成中富集渊P约0.01冤遥见图4~6遥2.4靶基因KEGG通路预测KOBAS3.0网页靶基因集进行KEGG通路检索袁发现miRNA-494靶基因在细胞代谢尧肿瘤尧鞘磷脂类信号通路尧多能干细胞调节通路尧TGF茁信号通路尧MAPK信号通路信号传导等有关渊P<0.05冤遥见图7遥3讨论分析心肌纤维化发生与发展机制涉及各种生长因子3.1miRNA-494与慢性心力衰竭尧心肌纤维化机制图4miR-494靶基因GO分子功能预测8CHINAMEDICALHERALDVol.16No.23August2019中国医药导报2019年8月第16卷第23期窑论著窑图5miR-494靶基因GO生物过程预测图6miR-494靶基因GO细胞组成预测图7miRNA-494靶基因KEGG通路富集图CHINAMEDICALHERALDVol.16No.23August20199窑论著窑如渊TIMP冤袁TGF茁尧以及肾素基质金-属血管紧张素蛋白酶渊MMP冤-醛固酮系统等及其机制因遥子[8-9]究表明MMP2尧MMP9在压力负荷诱发心力衰竭尧心研肌纤维化过程中具有重要作用494的上调能抑制MMP9的表达遥而有研究表明miR-[10]实验及计算分析发现miRNA-494遥能下调M觟hnleCB1等[11]通过受体袁对心肌内源性大麻素系统产生影响袁参与在心力衰竭的发展遥研究表明袁miR-494与慢性心力衰竭相关的心肌内源性大麻素系统有关袁并与心肌纤维化相关的基质金属蛋白酶系统有靶向关系袁此外袁结合本次数据分析结果发现KEGG化的通路包括通路预测分析结果中miR-494与细胞增殖TGF茁尧PI3K-Akt尧AMPK尧MAPKmiR-494尧分化与迁移相关涉及心肌纤维遥信号通路袁且其中TGF茁尧PI3K-Akt信号通路与心力衰竭的发展具有相关性[12-13]心力衰竭心肌纤维化的发生发展相关遥由此可推测袁miR-494遥与慢性3.2miRNA-494通路预测分析3.2.1修复和纤维化的公共通路TGF茁信号通路TGF茁袁TGF茁信号通路被认为是组织超家族介导细胞的生长尧增殖尧分化袁并在细胞外基质的形成等方面具有重要作用遥KEGG通路分析发现袁miR-494能靶向通路中的SARA尧BMPR域尧p15等基因遥研究发现袁SARA的C端序列包含Smad结合结构域袁能够抑制Smad2/3磷酸化并阻断Smad2/3和Smad4之间的相互作用袁从而抑制纤维化遥而p15基因袁研究发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂在心力衰竭的临床前模型中阻断心脏纤维化遥研究[14-17]表明玉类蛋白去乙酰化酶抑制剂能通过抑制编码细胞周期蛋白依赖性激酶袁阻断心脏成纤维细胞周期进展遥此外袁TGF茁除了促进心脏纤维化TGF-茁1袁也能激活反调节途径3.2.2PI3KPI3K/Akt活性袁用于调节心力衰竭中的[18]遥信号通路PI3K/Akt信号通路中袁蛋白可调控Akt的激活袁进一步激活或者抑制下游靶Akt袁参与多种细胞活动遥KEGG通路分析袁在PI3K/PTK尧PP2A通路中袁miR-494PP2A活性的降低导致小鼠心肌细胞肥大和纤维化增等遥Li等靶向相关因子包括[19]敲除小鼠PP2AJAK尧PTEN尧基因袁发现加曰而PP2AC琢的缺失导致心力衰竭袁表现为射血分数尧FS尧LV尧心房利钠肽尧脑利钠肽的变化曰在分子层面上袁基因敲除小鼠中Akt/GSK3茁/茁-连环蛋白途径的调节受到严重干扰遥此外袁Zhang等[20]的研究发现PP2A能在体外使细胞外调节蛋白激酶去磷酸化袁从而阻断Ang域刺激的琢-SMA表达袁即抑制心肌纤维化的10CHINAMEDICALHERALDVol.16No.23August2019中国医药导报2019年8月第16卷第23期发生3.2.3遥素等因素激活MAPK信号通路袁调控细胞的生长其组成因子能被细胞因子尧经典通路的RTK尧RSK2遥KEGG以及JNK通路分析尧分化尧应激适应激和p38/MAPK袁其涉及包括尧炎性反应等细胞过程[21]通路的LN1尧JNK尧JunD等遥JNKs是MAPK家族的成员袁介导炎症和细胞凋亡遥有学者在研究抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸渊N-acetylcysteine袁NAC冤对长期升主动脉瓣狭窄大鼠心脏结构和功能的影响时发现袁NAC能降低p-ERK和p-JNK蛋白表达袁调控MAPK信号通路袁减轻心肌纤维化袁并降低右心室肥大的发生率[22-23]综上所述袁此次分析显示miR-494在慢性心力遥衰竭患者及健康者之间差异性表达遥其靶基因生物学功能预测结果涉及蛋白质结合尧转录因子活性以及细胞迁移等MAPK信号通路等心肌纤维化相关信号通路密切相袁信号通路富集分析更与TGF茁信号通路尧关袁可推测miR-494在慢性心力衰竭心肌纤维化发生发展过程中具有重要作用遥miRNA的调控作用较为复杂袁生物信息学方法分析尧预测miRNA的靶基因及其功能等信息能够为后期实验提供依据袁减少耗时及耗材遥但由于生物信息分析因为算法不同有一定的局限性袁因此在以生物信息学分析结果基础上仍需实验验证遥[参考文献][1]HuntzingercontributionsE袁IzaurraldeE.GenesilencingbymicroRNAs院NatRevGenet袁2011袁12渊2冤院99-110.oftranslationalrepressionandmRNAdecay[J].[2]XuJ袁ShaotoT袁DingphenomicsN袁etal[J]..miRNA-miRNABriefBioinform袁2017袁18渊6冤院crosstalk院from[3]1002-1011.genomicsVerjans222FamilyR袁PetersCounteractsT袁BeaumontMyocardialFJ袁et[J].Fibrosisal.MicroRNA-221/Hypertension袁2018袁inPressure[4]71渊2冤院280-288.Overload-InducedHeartFailureShyuIncreasesKG袁WangFibrosisinMyocardialBW袁ChengAcuteMyocardialEndoglinWP袁InfarctionExpressionetal.MicroRNA-208a[J].andCanMyocardialJ[5]CanQianJ域-InducedW袁XinCardiol袁2015袁31渊5冤院679-690.CardiolS袁RuisomeProliferatorMyocardialC袁etal-ActivatedFibrosis.GhrelinbyAmelioratesUpregulatingAngiotensinPeroxi鄄MaleRats[J].BiomedResInt袁2018袁2018院1-14.ReceptorGammainYoung[6]RoyprognosticC袁SlimaniA袁deMeesterC袁etalcardiovascularsignificancemagneticofresonancediffusemyocardial.Associationsandinheartfailurefibrosiswithby中国医药导报2019年8月第16卷第23期preserved2018袁20渊1冤院55.ejectionfraction[J].JCardiovascMagnReson袁[7]WebercretomeKT袁D侏eztoTreatJ.MyocardialTargetingtheFibrosisCardiacinMyofibroblastSe鄄[8]CircHeinzmannHeartFail袁2016袁9渊8冤院e003315.HeartFailure[J].SpecificallyD袁Fu覻UpregulatedS袁Ungern-SternbergonCirculatingSV袁et++alCD16.TGF茁+andIsCD14+tionandCD16++SevereMonocytesAtrialFibrosisinPatients[J].CellwithCD14PhysiolAtrialBiochem袁Fibrilla鄄[9]2018袁49渊1冤院226-234.IyertrixRP袁PattersonNL袁FieldsGB袁etal.Thehistoryoftionsmetalloproteinases院milestones袁myths袁and[J].AmJPhysiolHeartCircPhysiol袁2012袁303渊8冤院mispercep鄄ma鄄[10]H919-H930.SundaseT袁Cheung9targetedKSC袁LiubyhsaZL袁etal.Matrixmetallopepti鄄hibited[J].-miR262-271.osteosarcomaMol-494Carcinog袁2018袁57promotessilybin渊2冤院-in鄄[11]isM觟hnledioprotectiveinvolvedP袁Sch俟tzintheregulationSV袁SchmidtoftheM袁etexpressional.MicroRNA-665heartfailurecannabinoid[J].BiochemreceptorBiophysCB2inRespatientsofthecar鄄Commun袁with[12]2014袁451渊4冤院516-521.severeHegerTGF茁J袁SchulztrophysignallingR袁EulerduringG袁etal.Molecularswitchesunder渊1冤院3-14.toheartfailureprogression[J].BrJPharmacol袁2016袁173fromcardiachyper鄄[13]tionLiL袁ZhaoD袁JinZ袁etal.Phosphodiesterase5aInhibi鄄farctedwithAdenoviralShortHairpinRNABenefitsIn鄄ingPathwayHeartPartiallythroughActivationofAktSignal鄄[14]PLoSLiOne袁2015袁10渊12冤院e0145766.andReductionofInflammatoryCytokines[J].dialSC袁MarelationshipfibrosisLN袁ChenafterJ袁etal.Effectofallicinonmyocar鄄ZhongguoZhongwithmyocardialinfarctioninratsanditsYaoTGF茁/SmadsZaZhi袁2016袁41渊13冤院2517-2521.signaltransduction[J].窑论著窑[15]HuangandSARAfunctionalC袁DuR袁ZhangP袁etal.Expression袁purification袁[J].ActacharacterizationBiochimBiophysofSinrecombinant渊Shanghai冤袁2011袁PTD-[16]43渊2冤院110-117.WilliamsISM袁Golden-MasonbrosisHDACsviaregulatefibroblastsangiotensinL袁Fergusonandcirculating域-dependentBS袁etfibrocytescardiacal.Class[J].JMolfi鄄[17]CellLiuratM袁LiCardiol袁2014袁67院112-125.myocardialZ袁LiangB袁etal.signalingfibrosispathwayinducedHydrogen[J].EndocrbysulfidethyroxineamelioratesJ袁2018袁65渊7冤院through[18]769-781.PI3K/AKTMorineProteinKJ袁QiaodiacFunction9ReducesX袁YorkinHeartCardiacS袁FailureFibrosisetal.BoneMorphogenetic[J].Circulation袁2018袁138andImprovesCar鄄[19]渊5冤院513-526.LiL袁FangofPP2AC袁XucausesD袁cardiacetal.Cardiomyocytehypertrophy[J].specificAmJTransldele鄄[20]Res袁2016袁8渊4冤院1769-1779.tionAngZhangation域-inducedY袁GaoF袁TangviaMAPK/ERKpericyte-myofibroblastY袁etal.Valproicacidregulatespathway[J].Amtrans-differenti鄄2018袁10渊7冤院1976-1989.JTranslRes袁[21]seniteLeeJ袁LevinDE.Intracellular[22]olCell袁2018袁29渊15冤院1904-1915.activatestheyeaststressmechanismMAPKHog1by[J].whichMolBi鄄ar鄄HerbalTianJ袁ZhaoStatusandMedicineY袁LiuPerspectiveforY袁Diabeticetal.RolesandMechanismsof[J].OxidCardiomyopathy院Current2017院8214541.MedCellLongev袁2017袁[23]teineReyesInfluenceDRA袁GomesonOxidativeMJ袁RosaStressCM袁etandalCardiac.N-Acetylcys鄄elingRemod鄄VentricularinRatsolBiochem袁2017袁44渊6冤院2310-2321.HypertrophyDuringTransitiontoHeartfromFailureCompensated[J].CellPhysi鄄Left渊收稿日期院2018-12-10本文编辑院任念冤CHINAMEDICALHERALDVol.16No.23August201911
