2024组学在代谢相关脂肪性肝病诊断中的应用.docx

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1、2024组学在代谢相关脂肪性肝病诊断中的应用摘要代谢相关脂肪性肝病(MAFLD )是全球最常见的慢性肝病，其全因死亡 率和肝脏相关死亡率的风险随着纤维化程度的增加而显著增加。早期诊断 MAFLD及其肝纤维化程度具有重要意义，因此寻找准确、简便的无创诊 断方法尤为重要。近年来高通量组学技术发展迅速，并在MAFLD无创诊 断与纤维化程度的预测中发挥着重要的作用。现总结基因组学、表观基因 组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、微生物组学、影像组学以及多 组学结合在MAFLD疾病诊断中的应用进展。代谢相关脂肪性肝虚 metabolic associated fatty liver disease ,M

2、AFLD ) 曾被称为非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease , NAFLD ),是一种代谢障碍性疾病，也是全球最常见的慢性肝脏疾病。我 们的前期研究表明，随着肥胖、糖尿病人群发病率的增加，亚洲地区 MAFLD的患病率不断增加，已从1999至2005年间的25.28%增加至 2012至2017年间的33.90% ,表明MAFLD已成为亚洲国家和全球范围 内的重要公共卫生问题口。MAFLD不仅会导致终末期肝病，还与多种肝 外不良结局(如心血管疾病、2型糖尿病、肿瘤)发生风险的增加密切相 关。非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic Steato

3、hepatitis , NASH )和肝 纤维化是MAFLD疾病进展的主要预测因素2。因此，早期诊断MAFLD 及其炎症、肝纤维化程度对临床上判断病情、指导治疗、评估预后具有重 要意义。肝活组织检查是当前临床诊断MAFLD的金标准，但其不仅是有创操作, 还存在一些局限性，包括采样误差、医师诊断能力的误差、不能动态评估 疾病进展等3,因此临床工作中仍亟需操作简便、准确性高的无创诊断方 法。随着生物信息学技术的发展，基因组学、表观基因组学、转录组学、 蛋白质组学、代谢组学、微生物组学、影像组学等组学技术在MAFLD的 无创诊断中发挥着重要的作用。现对组学在MAFLD诊断中的进展作简要 综述，以期为

4、开发更加准确和个体化的MAFLD无创诊断方案提供思路。一、基因组学MAFLD具有显著遗传易感性。近年来,全基因组关联研究genome-wide association studies , GWAS )和全外显子测序(whole-exome sequencing , WES )作为代表性基因组学技术被广泛用于鉴定MAFLD 相关的遗传变异和易感基因。基因组学对于揭示MAFLD的发病机制、发 现新的生物标志物以及开发治疗新靶点具有重要意义4。1 . GWAS :Anstee等5纳入1 483例欧洲MAFLD患者和17 781例对照组，采用GWAS技术研究MAFLD患者的遗传因素，该研究涵盖了 MA

5、FLD的全部 疾病谱,包括NASH和肝纤维化。结果表明GCKRs HSD17B13JM6SF2、 PNPLA3在MAFLD患者和对照组中存在显著差异。PNPLA3 rs738409 与肝脂肪变性、MAFLD活动度评分（NASl NASH和纤维化显著相关。 另外zPYGO1 rs62021874与肝脂肪变性显著相关zTM6SF2 rs58542926 与进展期肝纤维化显著相关。Vujkovic等将丙氨酸转氨酶水平持续升 高但没有其他肝脏疾病作为MAFLD的替代定义，在90 408例MAFLD 患者和128 187例对照者中进行了跨种族GWAS ,并成功定位与MAFLD 显著相关的77个变异位点。

6、后续研究者在经活组织检查或经影像学诊断 的MAFLD队列中成功验证了其中17个单核甘酸多态性位点 目TRIB1、 PPARGs MTTPs SERPINA1s FTOs IL1RNs C0BLL1x APoH 和 IFI30 等9个基因变异位点为首次发现。对于MAFLD这一复杂疾病，单个基因变异可能无法用于疾病诊断。多基 因风险分数是指与疾病相关等位基因的线性加权组合，可反映基因组中许 多低效等位基因的整体遗传贡献7。Bianco等8将PNPLA3、TM6SF2、 GCKRs MB0AT7突变基因相组合，基于多基因风险分数模型对MAFLD 相关的肝细胞癌进行危险分层，结果表明多基因风险分数比单

7、一指标能更 有效地预测MAFLD-HCCo2 . WES :与GWAS多检测位于非编码区域的常见多态性位点不同，WES可检测外 显子区域内的所有位点；因此,WES多用于研究编码区罕见变异与MAFLD 的关系。BaSeIli等9对301例伴有进展期肝纤维化和肝细胞癌的MAFLD 患者(重度MAFLD )进行WES ,发现ATG7基因的p.P426L变异与重度 MAFLD显著相关，这种变异可能会引起自噬功能紊乱，进而引起蛋白质 功能的改变和细胞内容物自我更新的受损，导致肝脏损伤和炎症的出现。二、表观基因组学在基因组的层面上，研究表观遗传修饰的学科被称为表观基因组学。该领 域主要涵盖两类研究内容，一

8、是基因选择性转录表达的调控，如DNA甲 基化、组蛋白修饰等。另一类是基因转录后的调控，包括非编码RNA等。1 . DNA甲基化：CpG岛指富含CpG的DNA区域 通常位于基因的启动子和外显子区域。 CpG是由胞嚓碇(C )和鸟瞟岭(G )组成的二核甘酸单元，是DNA甲 基化发生的主要位点10。Johnson等11使用850K甲基化芯片对325 例MAFLD患者的表观基因组进行分析,发现7个CpG位点的DNA甲基 化与肝纤维化显著相关。随后，研究者使用弹性网络回归建立DNA甲基 化评估肝纤维化的模型，并显示这种模型具有较高的灵敏度(0.93 )o2 .组蛋白修饰： 组蛋白修饰是指组蛋白氨基酸N末

9、端在生物酶作用下发生甲基化、乙酰化、 磷酸化、泛素化等修饰的过程。其中，组蛋白乙酰化参与MAFLD生理过 程的研究最为深入。Cai等口 2发现碳水化合物反应元件结合蛋白通过调 控脂肪酸合酶基因的组蛋白乙酰化修饰参与MAFLD的发生发展。3 .非编码RNA :非编码RNA是指一类不编码蛋白质的RNA ,其中microRNA( miRNA ) 是研究最为广泛的一类非编码RNAo愈来愈多研究表明,miRNA在 MAFLD无创诊断中具有广泛的应用前景。LiU等13的一项meta分析结 果显示，MAFLD患者相比于健康对照组，其血清miR-122水平上调，且 miR-122在诊断NASH方面具有较高的诊

10、断价值受试者操作特征曲线下 面积(AUC ) = 0.82o 此外，miR-192-5p 在 MAFLD 和 NASH 患中亦 显著上调，且与转氨酶升高和肝脂肪变性呈正相关。体外研究表明，外泌 体来源的miR-192-5p通过上调白细胞介素(IL)-6和肿瘤坏死因子- 诱导肝细胞中巨噬细胞活化，表明其可能在调节肝脏炎症、MAFLD的进 展中起重要作用14。此外，联合多种血浆差异表达miRNA可一定程度 提高MAFLD的诊断效能和NASH进展的预测效能。Kim等15研究发现， 有 8 种 miRNA miR-15b-3ps miR-21 -5ps miR-29b-3ps miR-126-5ps

11、miR-151a-3ps miR-183-5px miR-192-5p 和 miR-4449 )在 NASH 中 显著上调，并可以作为联合诊断NASH的生物标志物(AUC = 0.92 )o 三、转录组学转录组是指对特定组织或细胞中所有mRNA进行高通量测序，获得在特 定条件下表达的全部mRNA的序列信息。并通过生物信息学手段对差异 表达基因进行功能注释和富集分析，以确定潜在的循环标志物。Baselli 等口 6对125例MAFLD患者的肝脏组织进行转录组学分析，并分析重度 MAFLD、非重度MAFLD与正常肝脏之间的差异表达基因。在重度MAFLD 中,共有320个基因差异表达,其中，IL-3

12、2、SOCS1和AKR1B10的上 调最为显著。基因富集分析显示这些基因主要与炎症、纤维形成、细胞死 亡、代谢、缺氧和上皮向间充质转化有关。MAFLD患者肝脏和循环IL-32 mRNA水平显著高于非MAFLD患者,并且与疾病的严重程度相关。IL-32 在血浆中的表达水平与其在肝脏中的表达水平呈正相关，与丙氨酸转氨酶 /天冬氨酸转氨酶相比，联合IL-32与丙氨酸转氨酶-天冬氨酸转氨酶模型 提高了对MAFLD诊断的准确性，这表明IL-32可以作为诊断MAFLD及 其严重程度评估的无创生物标志物。Govaere等17对206例MAFLD患 者进行高通量RNA序列分析，通过比较疾病早期（FO F1 ）

13、和显著肝纤 维化（F2 F4 ）患者的序列，共鉴定出25个差异表达的基因。为了进一 步研究基因表达变化与组织学表现的关系，研究者还使用RNA测序数据 进行回归分析，结果发现，这25个基因与MAFLD患者的炎症、气球样 变和纤维化的程度密切相关。四、蛋白质组学蛋白质组学主要关注生物体内所有蛋白质的种类、结构和功能，并通过对 蛋白质的表达水平、翻译后的修饰以及蛋白质之间的相互作用等方面进行 研究揭示其与疾病发生和发展的关系。与基因组或转录组相比，蛋白质组 在基因表达的过程中更加接近表型，因此蛋白质组学分析是寻找MAFLD 诊断和进展的生物标志物的重要方法。通过对不同疾病阶段MAFLD患者血液、尿液

14、、肝组织等样本的蛋白质组 进行比较，并与健康人进行对照，可以筛选出很多MAFLD特异性的标志 物。这些标志物是MAFLD无创诊断的重要手段。GoVaere等18对306 例经组织学验证的MAFLD患者的4 730种循环蛋白进行了表征，通过比 较轻度纤维化（FO 2 ）和进展期纤维化（F3 4 ）患者的差异蛋白，发现 两组患者117种蛋白存在差异表达，通过功能富集分析，这些差异蛋白主 要与细胞黏附、炎症反应和碳水化合物代谢等信号通路有关。高NAS患 者与低NAS患者相比，有52种蛋白存在差异表达，功能富集分析发现, 这些蛋白质与脂质代谢、氨基酸生物合成、胆汁酸分解代谢相关。最后用 逻辑回归建立了

15、一个包含4种循环蛋白（ADAMTSL2 ,AKR1 B10 ,CFHR4 和TREM2 X体质量指数和2型糖尿病在内的预测模型，以识别高危 NASH患者（NAS 4且F 2 ）,预测效果优于FIB-4s NFS等临床评 分（AUC = 0.878 X除蛋白质表达外，蛋白质翻译后修饰也是蛋白质组学的研究内容之一，磷 酸化修饰与MAFLD的发生和发展密切相关。YoUnc）SSi等口 9使用高分辨 质谱和磷酸蛋白质组学技术来评估67例MAFLD患者的血清蛋白质组和 肝脏磷酸化蛋白质组。肝脏磷酸化信号通路表明由促炎细胞因子IL-10激 活的凋亡信号调节激酶1、丝裂原活化蛋白激酶与较高的胶原沉积密切相

16、关。由此说明，磷酸蛋白质组学技术可以用于评估MAFLD患者的疾病进 展相关的信号通路。这项研究为MAFLD的无创诊断提供了新的方法和思 路。五、代谢组学代谢组学是一种研究生物体内所有代谢产物的方法，通过对代谢产物进行 定量分析和描述，以研究代谢变化与病理、生理等因素之间的联系。大量 研究表明，MAFLD患者在代谢途径方面发生了显著改变,主要涉及脂质、 氨基酸和胆汁酸等方面的代谢调节。脂质和氨基酸代谢紊乱是MAFLD发生和发展的重要因素之一，并且被广 泛应用于MAFLD的诊断。一项研究20采用液相色谱-质谱联用仪分析肥 胖与非肥胖MAFLD患者脂质组学的特征。通过采用5种和7种脂质代谢 物预测MAFLD/NASH ,在非肥胖和肥胖患者中具有不同的预测效能， AUC 分别为 0.916/0.813,0.967/0.812o Masarone 等21通过分析健 康对照组及MAFLD