基于表達(dá)譜印記的病原體-宿主相互作用研究.pdf

1、宿主對(duì)微生物感染的反應(yīng)在病原體的致病機(jī)理鑒定、疾病診斷與預(yù)后、以及新療法研發(fā)上的重要作用越來(lái)越受到重視。在描述宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的各種組學(xué)數(shù)據(jù)中，基于基因芯片的宿主轉(zhuǎn)錄組反應(yīng)是一種對(duì)病原體感染和疾病的復(fù)雜狀態(tài)最為適合的描述，具有足夠的復(fù)雜度，廣泛的覆蓋性，實(shí)際的易得性以及較高的精確性。
　　系統(tǒng)性地比較宿主對(duì)不同微生物感染的細(xì)胞反應(yīng)可以幫助深入理解微生物宿主相互作用。在轉(zhuǎn)錄組水平，Jenner RG以及Young RA曾經(jīng)將來(lái)自32個(gè)不

2、同研究的代表77種不同的病原體-宿主相互作用的表達(dá)譜數(shù)據(jù)按照細(xì)胞類型進(jìn)行分層聚類，以獲得感染中的共同宿主反應(yīng)。這些策略也在后來(lái)的研究中得到運(yùn)用，以確定感染中的關(guān)鍵宿主因子和發(fā)現(xiàn)在某種微生物感染中的宿主細(xì)胞防御機(jī)制。然而這些研究都沒(méi)有形成對(duì)于宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的全面而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，也沒(méi)有深入研究其中的分子機(jī)制異同與病原體本身特征之間的關(guān)聯(lián)。由于在這些研究中得到的宿主反應(yīng)往往受到實(shí)驗(yàn)室不同的影響（即不同實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分布和特征差異很大），數(shù)據(jù)之間的橫

3、向比較難以進(jìn)行。而且在大多數(shù)研究中，只有變化最顯著的基因受到研究者的關(guān)注和進(jìn)行后期的系統(tǒng)分析，這些研究策略忽略了大量的相對(duì)較弱的重要基因變化。此外，由于不同研究中關(guān)注的差異基因數(shù)量不同，以及芯片實(shí)驗(yàn)本身相對(duì)較低的精度導(dǎo)致的彼此之間的低重合率，簡(jiǎn)單的根據(jù)差異基因的重疊情況難以準(zhǔn)確不同感染之間的相關(guān)性。
　　因此，我們使用了一種通用無(wú)偏的宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)特征描述方法以及基于基因表達(dá)變化的秩序列的轉(zhuǎn)錄組比較方法（表達(dá)譜印記方法）描述和比較了

4、50種臨床重要病原體之間的宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)了宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)與微生物重要臨床及實(shí)驗(yàn)室屬性之間具有重要相關(guān)性，并鑒定出8個(gè)具有類內(nèi)相似性的病原體聚類社團(tuán)，發(fā)現(xiàn)了不同聚類社團(tuán)所具有的臨床及實(shí)驗(yàn)室屬性特征以及基因表達(dá)模式特征。此外，我們通過(guò)整合外部的病原體感染以及疾病的表達(dá)譜數(shù)據(jù)，重新發(fā)現(xiàn)已知的關(guān)聯(lián)，驗(yàn)證新發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)聯(lián)系，證明了該研究對(duì)于揭示不同病原微生物之間的功能聯(lián)系的重要作用以及該研究在從宿主反應(yīng)角度發(fā)現(xiàn)感染與疾病之間的關(guān)聯(lián)方面

5、的應(yīng)用價(jià)值。
　　通過(guò)表達(dá)譜印記分析得到的病原體-宿主反應(yīng)聚類社團(tuán)具有很強(qiáng)的魯棒性和生物學(xué)意義。這些結(jié)果證明了宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)與傳統(tǒng)的生物學(xué)分類、感染及相關(guān)疾病特征之間存在直接關(guān)聯(lián)，且表現(xiàn)出有限的模式特點(diǎn)。通過(guò)使用表達(dá)譜印記分析方法整合外部的感染印記則進(jìn)一步證明感染模式劃分可以用于判定具有相似宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的病原體（例如變形菌門(mén)的細(xì)菌）；區(qū)分具有遺傳進(jìn)化或分類學(xué)的關(guān)聯(lián)病原體的不同致病機(jī)制（例如不同種類的鏈球菌）；鑒定具有相似寄生環(huán)境而對(duì)

6、宿主的致病程度不同的病原體（例如口腔的共生與致病細(xì)菌）；發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致相似臨床特征但具有不同宿主反應(yīng)模式的病原體（例如呼吸道病毒）。該研究同時(shí)表明表達(dá)譜印記分析方法可用于確認(rèn)已知和預(yù)測(cè)未知的感染模式與疾病關(guān)聯(lián)，例如致瘤病毒的不同致瘤機(jī)制和哮喘的衛(wèi)生學(xué)假說(shuō)的驗(yàn)證以及根據(jù)分子機(jī)制推測(cè)的系統(tǒng)性紅斑狼瘡病及阿爾茲海默癥與不同感染模式的關(guān)聯(lián)等等。在疾病與感染模式關(guān)聯(lián)分析中，正向和反向關(guān)聯(lián)都體現(xiàn)了重要的意義?？傊覀兪褂昧吮M可能多的外部病原體感染及疾病

7、的印記與不同感染模式進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)的文獻(xiàn)支持來(lái)作為有力證據(jù)證明了感染模式的魯棒性以及新發(fā)現(xiàn)的可靠性。
　　表達(dá)譜印記分析方法也可以用于發(fā)現(xiàn)新的宿主靶向抗感染療法。通過(guò)多種系統(tǒng)生物學(xué)分析方法整合多種數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)可用于研究EV71感染機(jī)制及作用蛋白的靶向價(jià)值，并用于預(yù)測(cè)抗病毒藥物。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法鑒定了EV71蛋白與人類蛋白之間的相互作用組關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)將該作用組數(shù)據(jù)與人類蛋白相互作用數(shù)據(jù)整合，研究了EV71靶向的人類蛋白

8、在人類蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湮恢?，并根?jù)其推斷EV71致病性相關(guān)的功能通路。EV71靶向蛋白與其它病原體感染中的關(guān)鍵宿主因子的關(guān)聯(lián)分析提示了ATP6V0C可能是一個(gè)廣譜的關(guān)鍵宿主因子。我們通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了它在EV71感染中的關(guān)鍵作用。以EV71靶向蛋白為出發(fā)點(diǎn)，關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方法可用于預(yù)測(cè)宿主靶向抗感染藥物。該方法提示了一批以神經(jīng)和精神系統(tǒng)藥物以及抗炎癥藥物為主的候選藥物可能對(duì)EV71作用的蛋白產(chǎn)生干預(yù)效果，藥物種類顯示出與EV71致病特

9、點(diǎn)的相關(guān)性，進(jìn)一步說(shuō)明了 EV71靶向蛋白作為潛在抗病毒-宿主靶標(biāo)的潛力。表達(dá)譜印記方法也被用于尋找藥物刺激表達(dá)譜公共數(shù)據(jù)集中可對(duì)EV71靶向蛋白的表達(dá)產(chǎn)生抑制效應(yīng)的藥物作候選宿主靶向抗病毒藥物。細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)的對(duì)EV71靶向宿主蛋白具有最高抑制效果的藥物坦螺旋霉素在細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出抗病毒活性。這些研究說(shuō)明了對(duì)EV71與宿主蛋白質(zhì)組學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)分析以及表達(dá)譜印記方法在揭示致病機(jī)制和制定治療策略上發(fā)揮重要作用。
　　該研