多組學在阿霉素心臟毒性中的研究進展

李 思 陳雅芳 魏麗萍

1.天津中醫藥大學研究生院，天津 301617；2.天津市人民醫院心內科，天津 300121

腫瘤已經成為全球發病率第一的疾病[1]。蒽環類藥物作為有效的廣譜抗腫瘤藥物，主要用于白血病、膀胱癌等多種惡性腫瘤，但是隨著藥物累積劑量的增加，常導致嚴重的心臟毒副作用[2-3]。有研究對服用蒽環類藥物的腫瘤患者進行隨訪，發現這些患者常出現不同程度的心肌病，其中接受阿霉素（Doxorubicin，DOX）治療的患者出現心肌病的風險最高[4]。因此，本文主要對阿霉素心臟毒性（Doxorubicin-induced cardiotoxicity，DIC）進行研究。

多組學包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學，利用高通量技術，從整體上分析疾病脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）、核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）、蛋白質、代謝產物的變化，進而發現新型生物標志物，并探討其發病機制。考慮到DIC 機制的復雜性，且目前尚無明確的標志物及有效藥物對其進行輔助診斷與治療，故本文綜述了多組學在DIC中的研究進展，以期發現具有診斷價值的生物標志物，為DIC 的早期診斷與新藥研發提供思路。

1 基因組學在DIC 中的應用

基因組學是指利用生物學技術進行基因組測序、組裝和分析。由于并非所有接受化療藥物治療的腫瘤患者都出現心臟的不良反應，其機制可能與遺傳學有關[5]。基因組學作為探索遺傳病的基礎方法，在DIC 領域得到了廣泛的應用。

1.1 全基因組關聯研究（genome-wide association study，GWAS）

GWAS 利用基因芯片獲得疾病表型基因，是遺傳學的重要部分。GWAS 的研究顯示，RARG、TRC6 等基因與DIC 發病顯著相關[6-7]。Magdy 等[6]發現RARG變體rs2229774 會導致DNA 損傷和線粒體功能失調，其可能是DIC 的致病基因。Lu 等[7]發現DOX 處理細胞后會使TRPC6 N338S 表達顯著增高，激活TRPC6信號通路，促進細胞內Ca2+水平升高和電流密度，導致心肌細胞受損。上述基因目前在DIC 機制上的研究較少，其也許能成為DIC 的新靶點。

1.2 表觀基因組學研究

表觀遺傳學是指DNA 序列不發生變化，但是基因表達發生變化。DNA 甲基化作為表觀遺傳研究學的重要領域，指在DNA 甲基化轉移酶的作用下，基因組CpG 共價鍵結合一個甲基基團，其在維持細胞功能、抑制衰老和疾病的發生中發揮著重要作用。有研究對DIC 患者血清進行甲基化測序后發現SLFN12、IRF6 出現高甲基化變異，而RNF39 出現低甲基化變異時，DIC 患者的心臟收縮功能下降[8]。還有研究則顯示PRMT5 作為精氨酸甲基化的主要酶，會促進DIC小鼠心臟成纖維細胞纖維化[9]。上述研究表明DNA 甲基化特征可能成為DIC 的診斷標志及治療靶點。

1.3 外顯子組研究

除了DNA 甲基化之外，外顯子測序也是基因組學常用的手段，其將全基因組外顯子區域DNA 捕捉并富集，再進行高通量測序以進行分析。Petrykey 等[10]對233 例DIC 患者血清進行外顯子測序，發現ZNF267 基因變異的患者左心室收縮功能良好；而NOD2 基因變異的患者則心肌炎癥反應加劇，心臟收縮功能受損。

DIC 的機制包括炎癥、氧化應激、自噬、凋亡等，有研究對接受蒽環類藥物治療的兒童癌癥患者血清進行鑒定，發現與自噬相關的PI3KR2 和ZNF827 等基因變異更強[11-12]。上述基因可能成為研究DIC 發生機制的重要靶點。

綜上所述，利用基因組學提示的RARG、TRC6、SLFN12、IRF6、RNF39、PRMT5、ZNF267、NOD2、PI3KR2和ZNF827 的變異位點，有利于分析DIC 的潛在遺傳致病原因，同時為防治DIC 提供新思路。

2 轉錄組學在DIC 中的應用

轉錄組學是在RNA 水平上研究基因表達情況，并通過RNA 測序獲得DIC 中多種RNA 的變化，如微RNA（microRNA，miRNA）、長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）、環狀RNA（circular RNA，circRNA）。

2.1 miRNA

miRNA 是輔助診斷和治療的生物標志物，或許也能作為DIC 的標志物。多項研究通過RNA 測序已經發現了miRNA 在DIC 中的作用，如miR-34a 可以促進增殖并抗凋亡、miR-4732-3p 可以抑制氧化應激[13-14]。提示miRNA 直接參與DIC 的發生、發展，也許可以作為治療靶點進行下一步的藥物研究。

2.2 lncRNA

lncRNA 與miRNA 相互調控，參與多種信號通路調控基因和蛋白質表達，進而影響心血管疾病，其異常表達可以成為腫瘤和心血管疾病診斷和預后的生物標志物[15]。基于轉錄組學，有研究發現lnc5745、lnc FOXC2-AS1 可以直接作用于Rab2A-p53 信號通路和WISP1 通路，通過抑制凋亡改善DIC[16-17]。而lnc PVT1 則通過海綿作用吸附miR-187-3p，調節AGO1促進心肌細胞凋亡，加重DIC[18]。上述lncRNA 也許可以成為從基因水平上改善DIC 的新靶標。

2.3 circRNA

除上述之外，circRNA 也可以作為DIC 的治療靶點，其往往通過與miRNA 結合，間接調控miRNA 下游靶基因的表達[19]。Lu 等[20]發現DIC 會導致circ-INSR下調，抑制與SSBP1 的相互作用，引起心肌細胞凋亡、線粒體功能紊亂，導致心臟損傷。有研究在DOX 誘導心肌細胞中發現circ-ITCH 下調，減少了與miR-330-5p/SIRT6/BIRC5/ATP2A2 的相互作用，促進氧化應激、DNA 損傷和細胞凋亡[21]。上述circRNA 可能作為保護DIC 的靶點。但也有實驗表明circArhgap12 的上調與DIC 發病呈正相關，其通過促進與miR-135a-5p 的相互作用，加劇氧化應激和凋亡，導致心肌損傷[22]。故上調circ-INSR 和circITCH 的表達及下調circArhgap12的表達有望成為預防DIC 的新方法。由上可見，miRNA、lncRNA 和circRNA 具有一定的聯系，且上述多種RNA 在DIC 中參與細胞凋亡，今后可以對其進行深入研究，以明確DIC 的發病機制。

3 蛋白質組學在DIC 中的應用

蛋白質組學往往借助液相色譜質譜聯用儀對蛋白質組進行定性、定量等分析。蛋白質作為基因表達的最終產物，能更準確地找到疾病的靶點。另外，通過蛋白質組學，更有助于識別DIC 中蛋白質之間的相互作用。

定量蛋白質組學分析是蛋白質組學中常用的手段，指把一個基因組表達的全部蛋白質進行精確的定量和鑒定。Yuan 等[23]發現，與對照組比較，DOX 大鼠心臟組織中有118 種蛋白質上調，160 種蛋白質下調，分析后發現其與谷胱甘肽代謝、心肌收縮、糖酵解等多種途徑相關。這些差異蛋白質可能在上述通路中發揮著關鍵作用。

蛋白質組學也可以分析DIC 中的差異蛋白質，從而進行機制研究。Brandao 等[24]利用液相色譜一串聯質譜法進行定性、定量鑒定，發現DIC 小鼠心臟中60%蛋白質屬于線粒體蛋白質，其中前50 種蛋白質主要參與氧化磷酸化、脂肪酸氧化、三羧酸循環和氨基酸代謝、線粒體穩態等生物過程。除此之外，多項研究在DIC 基礎研究中發現與內質網應激、細胞凋亡等多種機制相關的差異蛋白質，如CLSTN1、TRIM25等，其有可能成為緩解DIC 的靶點[25-26]。

綜上可知，利用蛋白質組學獲得的相關通路有助于加深對DIC 的認知，而差異蛋白質則有望成為DIC的標志物及靶點。

4 代謝組學在DIC 中的應用

代謝組學主要分為靶向和非靶向，其研究多使用血液樣本，對代謝物進行定量、定性分析。代謝產物除了被視為下游生物標志物外，還可以作為生物過程和表型的直接調節劑，其不僅可以驅動DNA/RNA 甲基化，還能和其他大分子相互作用[27]。因此，了解代謝產物的變化及代謝途徑更有助于對DIC 機制的深入研究。

靶向代謝組學主要對目標代謝產物進行定量分析，鑒定的代謝物準確性更高。游離脂肪酸是身體組織重要的能量來源，維持機體能量穩態，其配體具有促進脂肪細胞分化、抗炎等生理功能以調節能量和免疫穩態，有利于維持心臟正常功能[28]。在DIC 小鼠中，Acot1 基因可能通過調節游離脂肪酸組成和分布，抑制鐵死亡，改善DIC[29]。另外，Tanaka 等[30]發現DOX 組黃嘌呤活性明顯增強，而黃嘌呤會促進氧化應激加重DIC 小鼠心臟功能紊亂。Li 等[31]發現DIC 可能與花生四烯酸（arachidcnic acid，AA）代謝有關。AA 主要通過調節環氧合酶、脂氧合酶和細胞色素P450 酶代謝過程來參與炎癥反應[32]。調節AA 代謝途徑，可以有效改善DIC 中的炎癥反應。因此，脂肪酸、黃嘌呤、AA 也許能成為臨床上早期診斷DIC 的指標，而且這些代謝物的變化更有利于了解DIC 的發病機制及進展情況。

非靶向代謝組學主要對代謝物進行相對定量分析，準確性不高，但篩選出的代謝物更多，更易挖掘差異代謝產物。Yuan 等[23]發現，與對照組比較，DOX 組大鼠血漿中的代謝物有12 種下調，21 種上調，這些代謝物主要干預能量代謝、氨基酸代謝、脂肪酸代謝和甘油磷脂代謝等通路，可能是DIC 的代謝途徑。能量代謝指從外界攝取的蛋白質、脂肪等氧化產生能量。氨基酸是組成蛋白質的基本物質，參與多種生理功能，如硫和氧化還原代謝、糖酵解等，靶向氨基酸代謝也許可以成為防治DIC 的新的治療方向[33]。甘油磷脂作為生物膜的主要成分，親脂部分可以參與脂質氧化反應，上調活性氧水平，加劇氧化應激反應進而影響心肌功能。另外，當其被磷脂酶A2 水解時，會產生AA，加重炎癥反應[34]。上述代謝物的變化及代謝途徑可能對明確DIC 機制有所幫助。

因此，期待后續對這些代謝產物及相關代謝途徑進行更深入的研究，減輕DOX 的毒副作用。

5 總結與展望

DOX 廣泛應用于多種惡性腫瘤，極大地緩解了腫瘤患者的痛苦，但隨之而來的心臟毒性則引起了人們的廣泛關注。本文闡述了多組學在DIC 研究中發現的不同層次的新分子，有望成為DIC 的診斷指標，輔助判斷DIC 進展，且有利于深入理解DIC 發病機制以進行后續藥物研發。但是由于部分組學數據并未在基礎研究和臨床試驗中進行驗證，故還存在一定局限性。相信未來隨著多組學的深入發展，其也能為防治DIC提供更多思路和助力。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。