陈亭亭 刘红丽 刘顺华 王永春
摘要：目的 鉴定子痫前期发病相关重要基因，预测差异基因可能参与调控的关键生物学进程，为未来子痫前期机制研究提供理论基础。方法 对GSE74341芯片数据进行差异分析，鉴定早发型子痫前期和晚发型子痫前期中差异表达的基因，并对差异基因进行GO功能聚类分析和KEGG信号通路分析，预测差异基因可能参与调控的关键生物学进程。结果 通过分析芯片数据鉴定1227个在早发型子痫前期中差异表达的基因，331个在晚发型子痫前期中差异表达的基因以及有739个在早发型子痫前期和晚发型子痫前期之间差异表达的基因。通过对差异基因进行GO功能聚类分析和KEGG信号通路分析，预测差异基因可能参与调控的关键生物学进程。结论 通过生物信息学分析出与子痫前期可能相关的重要基因，可以进一步对这些基因在子痫前期的功能进行验证。
关键词：早发型子痫前期，晚发型子痫前期，生物信息学分析
子痫前期（PE）是孕产妇及围产期发病及致死的主要病症之一。据统计，全球大约每年有50000～60000起子痫前期相关的死亡案例[1]。在子痫前期病例中，胎儿和母亲都面临较差的预后及未来长期高危的心血管疾病和代谢疾病[2～3]。目前研究将子痫前期主要分为早发型子痫前期（EOPE）和晚发型子痫前期（LOPE）。早发型子痫前期指发病在怀孕34周前的子痫前期，而发病在妊娠34周后的则称为晚发型子痫前期。早发型子痫前期属于子痫前期中最严重的病症，发病率虽低于晚发型子痫前期，但一般与新生儿的发病率与死亡率相关。而晚发型子痫前期则更多得表现为母亲代谢综合征、慢性高血压等心血管疾病和代謝疾病的发病相关[4～5]。两者在病症上有所重叠，但在母婴围产期结局、预后及后续并发症上有所区别，此外，两者的发病原因上也有所区别，一般被认为是两种不同病症。
为了有效预防、诊断及治疗子痫前期，明确早发型子痫前期和晚发型子痫前期发病及调控方式的区别尤为重要。本研究旨在通过鉴定早发型与晚发型子痫前期差异表达基因，预测差异基因可能参与调控的关键生物学进程，为子痫前期的诊断治疗奠定基础。
1方法材料
1.1 研究对象及来源
在美国国家生物技术信息中心（NCBI）GEO 数据库中下载GSE74341芯片数据，该数据集是Liang等分析来自7个早发型子痫前期（EOPE），8个晚发型子痫前期（LOPE）和10个正常产妇（5个早产和5个足月）胎盘组织的表达谱芯片数据。
1.2 差异基因分析及鉴定
使用R包limma对GSE74341芯片数据进行基因差异表达分析， 选择差异倍数大于2倍或者小于0.5倍且校正的p值小于0.05的基因为差异基因，使用R包pheatmap绘制热图。
1.3 差异基因生物学功能预测
使用R包clusterProfiler进行Gene Ontology 功能富集分析（GO分析）和KEGG信号通路分析。GO分析包含三个模块，分别为生物进程分析（BP），细胞组成分析（CC）以及分子功能分析（MF）。
2结果
2.1 芯片数据分析差异基因
GSE74341芯片是利用GPL16699芯片平台分析来自7个早发型子痫前期（EOPE），8个晚发型子痫前期（LOPE）和10个正常产妇（5个早产和5个足月）胎盘组织的表达谱芯片数据[6]。我们利用R分析GSE74341芯片中在早发型子痫前期，晚发型子痫前期差异表达的基因（|LogFC＞1|）。分析得到1227个在早发型子痫前期中差异表达的基因，其中包括680个基因上调表达和547个下调表达基因；
331个在晚发型子痫前期中差异表达的基因，其中包括252个上调表达的基因和78个下调表达的基因。
进一步利用R分析GSE74341芯片中早发型子痫前期与晚发型子痫前期之间差异表达基因（|LogFC>1|）。结果发现，有739个基因在早发型子痫前期和晚发型子痫前期之间差异表达，相比于早发型子痫前期，有 477个基因在晚发型子痫前期上调表达的基因和261个基因在晚发型子痫前期下调表达。该结果也证明，对早发型子痫前期与晚发型子痫前期的调控机制确实存在较大差异。
2.2 生物学功能分析和信号通路分析
为了进一步探究可能参与调控子痫前期发病及进展过程的生物学过程，我们利用GO功能富集分析在早发型子痫前期组差异表达基因参与的重要生物学途径。分析结果显示，早发型子痫前期的差异表达基因主要富集在蛋白酶体介导的泛素化依赖性蛋白降解途径，外部封装结构等20种细胞进程；
主要富集在细胞-底物连接、核斑点等20种细胞组成；
以及主要富集在GTP酶活性、GTP酶结合、小GTP酶结合等20种分子功能。
此外，利用KEGG信号通路分析与早发型子痫前期可能相关的信号通路。分析结果显示，可能与早发型子痫前期相关基因主要参与调控紧密连接、Wnt信号通路、内质网中蛋白加工，人免疫缺陷病毒1感染等20种信号通路。
同样的，利用GO功能富集分析在晚发型子痫前期组差异表达基因参与的重要生物学途径。分析结果显示，晚发型子痫前期的差异表达基因主要富集在糖蛋白代谢、糖蛋白合成等20种生物进程；
主要富集在核斑点、晚期内体等20种细胞组成；
以及主要富集在调控半胱氨酸型肽酶活性、分子载体活性、单链RNA结合等20种分子功能。
利用KEGG信号通路分析与晚发型子痫前期可能相关的信号通路。分析结果显示，可能与晚发型子痫前期相关基因主要富集在调控肝癌、甲状腺激素信号通路等20种信号通路。见图1。
目前的研究认为，早发型子痫前期与晚发型子痫前期在发病原因，调控机制，病症表现等各方面存在较大区别，是两种不同疾病。差异表达基因分析也同样发现，早发型子痫前期与晚发型子痫前期患者间存在不同的基因表达模式。
GO功能富集分析结果显示，在早发型子痫前期与晚发型子痫前期之间差异表达基因主要富集在正向调控MAPK级联通路，细胞生长、细胞外基质相关，细胞外结构相关等20种生物进程；
主要富集在含胶原蛋白细胞外基质、质膜外侧等20种细胞组成；
以及主要富集调控磷脂结合、细胞外基质结构构成、碳水化合物结合等20种分子功能。
此外，KEGG信号通路富集分析显示在早发型子痫前期与晚发型子痫前期之间差异，表达基因主要富集调控PI3K-Akt信号通路、Rap1信号通路。见图2。
3讨论
子痫前期是导致孕产妇及新生儿患病及死亡的主要疾病之一。目前，研究将子痫前期主要分为早发型子痫前期和晚发型子痫前期，发病于妊娠34周前的子痫前期被称为早发型子痫前期，发病主要危及新生儿健康；
发病于怀孕34周后的子痫前期被称为晚发型子痫前期，发病主要影响母体健康。胎盘被普遍认为是子痫前期发病的主要环节，研究患者胎盘与正常产妇胎盘差异表达基因是探究子痫前期发病及进展的可靠手段。
在過去的研究中，研究人员利用生物信息学分析子痫前期患者胎盘组织的转录组变化，有助于识别子痫前期发病及进展的生物学机制。有研究[7]利用高密度寡核苷酸微阵列进行全基因组表达谱分析，在子痫前期胎盘组织中鉴定到70个上调和67个下调表达基因。本研究结果显示，Wnt信号通路、GTP酶活性、PI3K-Akt信号通路等被广泛富集。
综上所述，通过生物信息学分析出与子痫前期可能相关的重要基因，可以进一步对这些基因在子痫前期的功能进行验证。
参考文献
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