文摘
川崎病(KD)是一种复杂的疾病,导致多系统的损害。病原体引发这种复杂的疾病仍然是未知的,因为它在1967年首次报道。增加我们的知识在KD基因的影响,到目前为止我们提取统计上显著的基因与这个神秘的疾病候选基因研究和全基因组关联研究。这些基因易感性KD,冠状动脉病变,初始阻力丙种球蛋白治疗,不完整的KD,等等。基因本体论类别和途径对这些统计上显著的基因之间的关系进行了分析。这些基因在各种功能类别的代表,包括免疫反应、炎症反应和细胞钙离子内稳态。他们主要富集在免疫反应的途径。我们进一步强调了引人注目的免疫途径NF-AT信号和白细胞交互结合另一个转录因子NF -κB在KD的发病机理。字符串分析,关注蛋白质相互作用网络分析,验证这些基因之间的密切联系和暗示这个途径的重要性。这些数据将有助于理解KD的发病机理。
1。介绍
KD是一个系统性血管疾病优先发生在婴儿和儿童(1,2]。它的特点是冠状动脉动脉瘤(CAA)的发展可能导致致命血栓形成和突然的心脏衰竭。KD的临床表现包括长期发热(1 - 2周,意味着- 11天)、结膜感染、口腔病变,多功能的皮疹,极端变化,和颈部淋巴结病,包括诊断标准(3]。然而,绝大多数的孩子未能体现典型的特征。除了诊断标准,有广泛的特异性的临床特征,包括易怒、葡萄膜炎、无菌性脑膜炎、咳嗽、呕吐、腹泻、腹痛、胆囊积水,尿道炎,关节痛、关节炎、低白蛋白血症4)、肝功能障碍和心力衰竭(5,6]。发病率达到顶峰在9到11个月大的时候恰逢衰落的孕产妇免疫力,部分类似于其他传染性疾病症状表明,一些微生物可能会引发这种疾病。尽管努力识别导致近半个世纪,KD的病因仍然不明(7]。然而,遗传易感性的作用KD一直明显通过其惊人的偏爱日本种族的孩子无论他们居住的国家;与白人的孩子相比,日本儿童有一个相对风险KD的10到15倍(8- - - - - -10]。兄弟姐妹KD的孩子相对风险是6到10倍没有家族史的儿童,和日本KD患儿的父母是两倍比其他成年人了KD自己孩子一般日本人(11- - - - - -14]。
候选基因研究和基因组研究已先后应用于探索遗传效应之间的关系,这种神秘疾病(15,16]。许多可疑的先天性和获得性免疫功能相关的基因或血管重建研究[15,17- - - - - -19]。共进行了遗传研究KD不仅阐明遗传背景,也希望对其病因和发病机制提供线索。然而,这些研究分析了内部这些重大协会基因之间的联系,探讨了可能的致病过程KD从整体水平。
在本文中,我们的目标是提取显著相关的基因与KD(2012年9月,从所有英语数据库)来探索他们的协会和分析功能KD的发病机理。本研究是一项系统的总结之前的研究。进一步的研究在临床验证将在我们的下一个研究总结。
2。方法和材料
2.1。提取基因具有统计意义
我们进行了计算机搜索的奥维德,谷歌学者,和PubMed数据库2012年9月,回顾引用引用识别相关的研究。引用标题/抽象级别的筛选和检索完整的报道。搜索关键字“川崎病”、“川崎综合征”,“淋巴结综合症,”“黏膜与皮肤的淋巴结综合症”加上“多态”,“基因”的“基因”,“等位基因,”和“基因”。入选标准的基因是那些有重大联系KD导致敏感性,血管损伤,抵抗初始丙种球蛋白治疗,晚期KD的诊断,和不完整的KD。
2.2。数据分析
大卫(http://david.abcc.ncifcrf.gov/版本:6.7)是用于处理这些候选基因的生物信息学分析标记,包括基因分类(基于生物过程本体和分子功能本体,职责),浓缩分析重要基因本体论类别,KEGG(京都基因和基因组的百科全书)路径映射,计算和重要途径。GeneGo MetaCore (http://www.genego.com/版本:6.5)被用来分析这些重要基因的途径。这些统计上显著的基因之间的关联进行了分析使用字符串(http://string-db.org/),已知的数据库和预测蛋白质相互作用。
3所示。结果
3.1。提取基因具有统计意义
表中给出的基因的特点1(候选基因研究)和表2(全基因组的研究)。
3.2。基因本体论分析
基因与统计学意义提交使用大卫软件功能分析。伤害防御反应,反应,炎症反应显著标识为丰富(浓缩得分= 15.91)。此外,大卫分析确定集群与注释相关的基因细胞钙离子内稳态,细胞趋化性(浓缩得分:3.75),和积极的调节免疫系统过程(浓缩得分:3.58),参与自身免疫性甲状腺疾病(hsa05320),哮喘(hsa05310)、I型糖尿病(hsa04940)和同种异体移植物排斥反应(hsa04672)。可用的功能注释表可以在网上补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2013/989307。
3.3。富集分析
富集分析包含匹配的基因功能本体由GeneGo MetaCore(图1)。的概率随机交叉的一组基因列表与本体实体估计”“价值的超几何的十字路口。较低的““价值意味着更高的关联实体的数据集,在更高的评级的实体。所有地图都是由GeneGo。直方图的高度与一个特定基因的相对表达价值。
(一)
(b)
(c)
最重要的GeneGo通路地图(1)免疫反应:HSP60及HSP70 / TLR信号通路;(2)免疫反应:Inflammasome炎症反应;(3)细胞粘附:胞浆素信号;(4)免疫反应:NF-AT信号和白细胞交互。此外,还有其他途径包括HMGB1在树突状细胞的成熟和迁移;在树突细胞组胺信号:血纤维蛋白溶酶信号在细胞粘附;相声VEGF与检验1信号通路;监管epithelial-to-mesenchymal过渡(EMT);TGF-beta-dependent感应通过SMADs EMT的发展;IAP-proteins在细胞凋亡通路在细胞凋亡中的作用和生存,等等。 Meanwhile, immune system process, defense response, and response to stress were the most significantly enriched GO processes of these genes. With the disease folders, representing over 112 human diseases annotated by GeneGo, these 76 genes were mainly related to autoimmune diseases and some kinds of vascular inflammatory diseases.
抽象的基因参与的重要途径进行了总结表3。
3.4。字符串分析
具体来说,我们发现这些基因功能之间的关联感兴趣。我们广播数据字符串(已知的数据库和预测蛋白质相互作用),响应的显示网络连接的节点(蛋白质)的彩色边缘代表功能的关系。
图2总结了预测的网络关系由这些基因编码的蛋白质。结果表明,CASP3 IL18,黑色,FCGR2B, FCGR2A, CRP, CCR5, CCL5, CCR3, CCL3L1, TNFRSF1A, TNF, IL4, ERAP1, LTA, CD40, NOD1, CTLA4, NLRP1, TGFBR2, SMAD3, TGFB2, VEGFA, KDR, CCR2根据相关实验证据,参与许多信号通路;TNF的关键节点,连接CRP、il - 4, CD40, CD40LG,地震,il - 10,等等。他们与许多免疫和炎症反应。所有这些蛋白质(由基因编码)相互关联,形成了一个大型网络。然而,许多蛋白质并不是与他人,表明其功能或未知无关。
4所示。讨论
4.1。免疫反应在KD的发病机制
KD一直被认为是一种免疫异常疾病。免疫系统的激活和炎症级联释放的因素是KD的重要特征。大量的T细胞(CD4 T细胞活性增加,抑郁CD8 T细胞和CD4 + CD25 +调节性T细胞),大单核细胞、巨噬细胞和浆细胞,少数中性粒细胞,各种器官组织的死亡病例中观察到急性KD (102年- - - - - -106年]。此外,各种炎性细胞因子和趋化因子(107年,108年)、基质金属蛋白酶、一氧化氮产量(109年),自身抗体生产(110年,111年],和粘附分子表达[112年,113年)也在应对KD的急性期被认为促进血管内皮炎症,然后参与KD和卡尔形成的发病机制。流程和大卫去分析显示,这些基因在免疫反应显著富集的平行结果与临床和实验室研究结果。此外,这些基因被广泛参与其他免疫系统和炎症性疾病,例如,自身免疫性甲状腺疾病、哮喘、I型糖尿病,同种异体移植物排斥反应,炎症性肠病、血管炎、关节炎、风湿性疾病。此外,信号通路产生GeneGo包含许多免疫反应途径参与炎症、细胞凋亡,伤害,和改造过程中,列在表中3。
4.2。ECM-Remodeling和血纤维蛋白溶酶信号通路在KD的发病机制
除了信号途径的免疫反应,ECM-remodeling和血纤维蛋白溶酶信号通路与细胞粘附在GeneGo丰富MetaCore软件()。
大量研究表明,他们参加了KD的病理生理过程。纤溶系统的激活,血管损伤和重塑在这些途径杰出的结果。激活血纤维蛋白溶酶的胞浆素信号通路是一个主要的纤溶蛋白酶可以直接降低纤维蛋白原,层粘连蛋白、纤连蛋白(114年]。在细胞表面,血纤维蛋白溶酶可以激活一系列基质金属蛋白酶(MMPs) MMP1, MMP13 [115年]。其他基质金属蛋白酶(MMP-9等等)随后被激活。此外,il - 1β、il - 6、TNF -α和干扰素-γ能刺激内皮细胞产生更多的MMP-9。这些基质金属蛋白酶降解细胞外基质蛋白质和基底膜的破坏导致的组件内部血管壁的弹性板和三层的结构(116年- - - - - -118年]。许多考试证明许多基质金属蛋白酶表达的KD的急性期。基质金属蛋白酶是突出在重构过程中,导致冠状动脉病变的形成(119年),因此内膜增殖和变稠,在罕见的情况下,血管壁变得狭窄的或由狭窄或血栓形成闭塞。内源性组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)如TIMP1 TIMP2, TIMP3可以减少过度的蛋白水解ECM降解基质金属蛋白酶。基质金属蛋白酶和TIMPs控制之间的平衡程度的ECM重塑(120年,121年]。一项研究表明,基质金属蛋白酶和TIMPs KD病人处于失衡状态(122年]。因此,ECM-remodeling和血纤维蛋白溶酶信号通路可能也起到了一定作用在血管损伤KD。
4.3。NF-AT信号和白细胞交互
NF-AT信号和白细胞交互(值= 2.28×10−5)免疫反应引起我们的极大关注。在这个通路,NFAT的激活蛋白受体的接触引起的耦合钙/钙调磷酸酶信号,如所表达的抗原受体T细胞(TCR)和B细胞(BCR) Fc-epsilon受体(e。g, FcεR1)表达的肥大细胞和嗜碱细胞细胞或受体与heterotrimeric g(例如,在嗜酸性粒细胞CCR3) [123年,124年)(图3)。
NFAT信号激活T细胞和可促进免疫相关基因的表达。抗原呈递细胞呈现抗原肽辅助T细胞通过主要组织相容性复合体,类(II) (MHC II级)。MHC II级可以上调表达的CD4 + T细胞和CD8 + T细胞的表达下调表达已证实的急性期KD。然后,MHC II级缩氨酸激活t细胞受体(TCRα/ beta-CD3复杂)开始的信号导致的增加胞质钙(2)通过瞬时释放细胞内钙的商店和钙通过Ca (II)渠道的涌入。导致calcium-regulated磷酸酶的激活,激活钙调磷酸酶的抑制磷酸磷酸酶劈开一个残留的转录因子NF-AT(例如,NF-AT1和NF-AT2)。因此,NF-AT转入细胞核,合作与其他转录因子启动子结合,从而诱发细胞因子的表达和许多其他T-cell-activation-induced蛋白质。NF-AT在T细胞是至关重要的许多重要的免疫基因的表达,包括2、il - 4, IL-5 IL-13,以及一些相关的膜结合蛋白质如CD40配体(CD40L)和Fas配体(Fasl) [125年- - - - - -127年]。
il - 4中扮演一个重要的角色在细胞间激活激活NFAT信号释放白细胞三烯和前列腺素。NFAT信号激活的T细胞,il - 4附近激活B细胞表达相应的受体,IL-4R。结合BCR, il - 4信号通路导致一些转录因子的激活,包括核转录因子kappa-B (NF -κB)、信号传感器和激活转录6 (STAT6),调节免疫球蛋白类交换和生产一些B细胞(免疫球蛋白E (IgE)128年- - - - - -130年]。IgE反过来激活NF-AT1易位和功能在肥大细胞和嗜碱粒细胞的IgE受体(FcεR1)导致的一系列细胞因子的生产,包括il - 4、IL-5, IL-13 [131年,132年]。FcεR1通路也会导致激活胞质磷脂酶A2 (Cpla2)导致白细胞三烯和前列腺素的分泌,炎症反应的主要介质(133年]。反过来,il - 4和IL-13激活上皮细胞和/或成纤维细胞释放eosinophil-activating细胞因子,趋化因子配体等11 (Eotaxin)。这些细胞因子招募嗜酸性粒细胞炎性集中在组织和诱导细胞内信号,主要是通过趋化因子受体3 (CCR3)激活,导致白细胞三烯和前列腺素的合成,也可以使用NF-AT1转录复杂的激活细胞因子和趋化因子。il - 4中扮演一个重要的角色在白细胞之间的交互和引发各种炎症介质的释放。
此外,CD40L附近激活B细胞相应受体CD40表达。结合T细胞表面的受体- 2 - 2开的克隆扩张导致激活细胞自分泌增殖(124年]。Fasl激活邻T细胞通过其受体结合;FasR (CD95) [134年通过FAS)介导细胞凋亡信号级联(凋亡)。Fas-Fas配体系统一直被认为是参与诱导细胞凋亡在KD导致显著降低外周血淋巴细胞(135年]。
4.3.1。NFATs是什么?
NFATs核因素激活的T细胞。NFAT家庭由五名成员组成:NFAT1, NFAT2, NFAT3, NFAT4 NFAT4, NFAT5。四(NFAT5除外)这些蛋白质是由钙信号和四个(NFAT3除外)表达在免疫系统124年]。他们最初确定为Ca2 +敏感的转录因子调节基因的转录响应细胞内Ca2 +信号。NFAT的家人表示,几乎所有的细胞类型,包括免疫系统和多发地细胞,导致免疫反应的调节,以及发展和分化。在免疫系统,NFATs免疫器官的发育和功能的关键角色和规范许多生理过程。最好的描述影响T细胞激活和表型,NFATs也调节基因的表达在B细胞等免疫细胞(136年),肥大细胞(137年,138年),嗜酸性粒细胞(139年),嗜碱粒细胞(140年)和NK细胞(141年),巨噬细胞(142年],树突细胞(143年]。他们可以调节各种细胞因子在免疫细胞的释放。多发地细胞,调节发展和分化在多种器官系统(134年]。他们已经检查了控制基因表达在改造和激活生长因子(144年,145年)或组胺(146年]在内皮,导致细胞生长,重建的平滑肌细胞(147年- - - - - -149年),血管发展和血管生成150年- - - - - -152年)(包括亚型c1和c3)和被激活炎症过程(153年)和高血管内压力(154年在血管系统)。的亚型NFATc3 NFATc4活跃在病理生理条件下,影响心血管系统,包括心房纤颤(155年,156年和肥大157年]。损失的具体NFAT亚型被发现导致心血管、骨骼肌、软骨、神经、免疫系统缺陷(158年- - - - - -162年]。因此,我们可以得出结论,Ca2 +/ NFAT通路起着广泛的作用在炎症过程中,免疫反应,血管组织的重构。所有的这些生理过程发生在KD。建议Ca2 +/ NFAT通路可能涉及KD的病理过程。
4.3.2。NFAT的上游调节信号的信号
NFATs主要是钙2 +敏感的转录因子调节基因的转录响应细胞内Ca2 +信号。四(NFAT5除外)这些蛋白质是由钙信号。NFATs活动是由磷酸化。不活跃NFATs高度磷酸化和本地化在细胞质中。细胞内钙2 +信号激活calmodulin-dependent丝氨酸/苏氨酸磷酸酶钙调磷酸酶(可以),而脱去磷酸NFATs和诱发核易位。
Inositol-trisphosphate 3-kinase C (ITPKC)是一个- Ca的监管机构2 +/ NFAT通路。NF-AT信号首先被提到与监管有关的ITPKC KD。ITPKC是肌醇激酶1,4,5-triphosphate (IP3)这是一个第二信使分子从内质的和肌浆网释放钙。首次发现由全基因组研究和后确认候选基因研究在日本、台湾和美国的孩子,ITPKC被认为是与KD授予对KD和卡尔的风险和丙种球蛋白电阻(26,94年,95年,163年),被认为是参与Ca2 +端依赖NFAT在T细胞信号通路。认为,C等位基因的rs28493229 ITPKC可以减少的拼接效率ITPKC mRNA,诱导的hyperactivation Ca2 +端依赖NFAT信号在T细胞,导致减少IP4 IP3的磷酸化,从而导致IP3含量的增加。这将导致增加钙含量和过度激活NFAT的信号,从而导致免疫失调。
Caspase-3 (CASP3)是一个关键分子activation-induced细胞死亡(上市)164年];它深刻的相关免疫细胞的凋亡。也被报道打通肌醇1,4,5-triphosphate受体1型(ITPR1)在T细胞凋亡(ITPR1是肌醇受体1,4,5-trisphosphate (IP3) ITPKC在T细胞生长的基质165年])。因此,这是一个积极的调节因子NFAT的信号。此外,突变CASP3 (rs113420705)可以减少NFAT的绑定SNP周围的DNA。它的基因变体(4 q34-35 rs113420705)已被确定导致欧美三合会和台湾(KD易感性35,166年]。其他的研究(167年,168年)还指出,CASP3中发挥着重要作用的免疫细胞凋亡的执行阶段KD。
钙调磷酸酶抑制剂(例如,CsA,吸收FK506)被广泛用作免疫抑制剂提高移植物存活率和治疗自身免疫性疾病127年]。他们的行为通过阻断钙调磷酸酶酶活性。CsA一直有效169年- - - - - -171年)治疗药物治疗IVIG抵抗患者KD。
4.3.3。调整的下游信号NFAT的信号:NF -κ核因子B (Kappa-B)
NF -κB是另一个真核生物的转录因子,这是进化NF-AT相关转录因子的家庭。响应信号被激活,导致细胞生长、分化、凋亡和其他事件。它参与许多细胞因子和粘附分子的表达关键元素参与免疫反应的调节。
NF -κB扮演关键角色在免疫和炎症反应通过调节之间的交互CD40、CD40L在T细胞和B细胞。NF -κB可以在B细胞il - 4信号通路激活诱导的表达CD40上面已经说明。作为costimulatory分子CD40起着关键作用的T细胞和B细胞之间的合作。重要的是自身免疫性疾病的发病机制在人类和动物模型如自身免疫性甲状腺炎,炎症性肠病、牛皮癣、系统性红斑狼疮、过敏性脑脊髓炎,多发性硬化症,风湿性关节炎,胶原诱导关节炎,自身免疫性糖尿病类型(172年- - - - - -174年]。CD40信号导致同形像切换和自身抗体在B细胞和t细胞启动生产,改变细胞通过表情和核易位可表达,这就增加了患自身免疫的风险(173年]。CD40参与T、B细胞导致细胞因子的生产,如白介素- 2,TNF -α干扰素-αCD80、发展的环境,有利于自身免疫性疾病(172年- - - - - -174年]。
此外,CD40、CD40L相互作用由NF -κB可以在其他细胞调节许多生物分子的表达。他们可以提高细胞因子的表达(如- 2、il - 6、il - 10 TNF -α淋巴毒素,α转化生长因子-βB细胞;粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(gm - csf)的合成由树突细胞和嗜酸性粒细胞和肿瘤坏死因子的合成α,il - 1、il - 6和引发的外周血单核细胞),趋化因子(单核细胞趋化蛋白1 (MCP-1),引发,MCP-1,基质金属蛋白酶(金属蛋白酶- 1、2、3、9、-11年和-13年)的外周血单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞和平滑肌细胞内皮),粘附分子(E-selectin,血管细胞粘附molecule-1 (VCAM-1)和细胞间粘附molecule-1 (ICAM-1)内皮细胞和成纤维细胞),platelet-activating因素(175年)、前列腺素E2 (176年),血管内皮生长因子(177年,178年),没有(172年]。这是参与炎症和自身免疫性疾病的病理生理学。
NF -κB可能参与血管炎的发病机制在急性期KD。一些研究表明,NF -κB是过度激活在急性期KD和抑制NF -κB可以降低炎性细胞因子的产生起重要作用的血管损害KD (179年,180年]。NF -κB信号通路是一个复杂的系统;它可能涉及免疫损害KD的不同层次。激活NF -κB可以用作触发炎症反应的关键环节和诱导炎症反应的级联释放因子,最终导致炎性病理损害。
4.4。NF-AT信号和白细胞交互和NF -κB信号一起可能参与致病的KD的过程
鉴于NFAT的重要作用信号和NF -κB信号激活的免疫系统和血管重建的调节,我们推测,NFAT信号和NF -之间的互动κB信号也可以一起参与KD的发病机制。
最初由于接触一些炎症刺激或某些病原体,抗原呈递细胞呈现抗原肽通过MHC II级t细胞受体的刺激导致PLC-gamma PIP2 1和水解。在T细胞第二信使IP3开始信号导致的增加胞质钙(2)通过瞬时释放细胞内钙的商店和通过Ca (II)渠道涌入的钙。钙含量高导致calcium-regulated磷酸酶的激活,激活钙调磷酸酶的抑制磷酸磷酸酶劈开一个残留的转录因子NF-AT(例如,NF-AT1和NF-AT2)。因此,NF-AT转入细胞核中,在合作与其他转录因子启动子绑定并激活T细胞诱导免疫的重要基因的表达包括2、il - 4, IL-5, IL-13, CD40配体(CD40L)和Fas配体(Fasl)。通过白细胞交互,其他免疫细胞被激活并释放炎性细胞因子,白细胞三烯和前列腺素等。在B细胞和t细胞,CD40信号导致同形像切换、自身抗体生产,改变细胞表达。CD40信号也可以提高细胞因子的表达,趋化因子、基质金属蛋白酶、粘附分子,platelet-activating因素,前列腺素E2,血管内皮生长因子,也没有。在其他细胞。这些因素的共同作用导致血管损伤和冠状动脉病变KD的形成。NFAT信号在调节的过程中发展和分化也过度诱导血管的病理损伤,然后导致血管系统的改造。
il - 4、CD40、CD40L,丰富NF-AT通路的信号和白细胞交互和免疫反应中发挥着至关重要的作用和改造过程中,位于网络的中心位置(分析字符串)和与其他因素密切相关。它进一步证明这个途径的重要性。
5。结论
KD是一种复杂的疾病。许多研究表明,它与多种基因多态性有关。通过GeneGo和大卫分析,我们推测NF-AT信号和白细胞交互结合另一个转录因子NF -κB可能扮演重要的角色在KD的病理损害。其重要性需要我们后续临床验证。
确认
这项工作由江苏省自然科学基金支持的财务(没有。BK2010032),江苏省卫生部门(H201127)和苏州科技局(SYS201144)。此外,作者要感谢中国苏州大学系统生物学中心的技术支持。
补充材料
大卫的补充材料是由软件(数据库的注释,可视化和综合发现)。它提供了一组全面的功能注释工具为研究人员理解背后的生物意义大的基因列表。补充材料包含基因本体分析和路径分析(KEGG通路)我的基因已在表1(候选基因研究),表2(全基因组的研究)。基因本体论分析基因功能从分子功能、生物过程、细胞组件。KEGG路径显示,这些基因参与生物通路和疾病。