基于表達譜印記的病原體-宿主相互作用研究.pdf

1、宿主對微生物感染的反應(yīng)在病原體的致病機理鑒定、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，實際的易得性以及較高的精確性。
　　系統(tǒng)性地比較宿主對不同微生物感染的細胞反應(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)將來自32個不

2、同研究的代表77種不同的病原體-宿主相互作用的表達譜數(shù)據(jù)按照細胞類型進行分層聚類，以獲得感染中的共同宿主反應(yīng)。這些策略也在后來的研究中得到運用，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胞防御機制。然而這些研究都沒有形成對于宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的全面而系統(tǒng)的認識，也沒有深入研究其中的分子機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)往往受到實驗室不同的影響（即不同實驗室的數(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)注和進行后期的系統(tǒng)分析，這些研究策略忽略了大量的相對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，以及芯片實驗本身相對較低的精度導(dǎo)致的彼此之間的低重合率，簡單的根據(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偏的宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)特征描述方法以及基于基因表達變化的秩序列的轉(zhuǎn)錄組比較方法（表達譜印記方法）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驗室屬性之間具有重要相關(guān)性，并鑒定出8個具有類內(nèi)相似性的病原體聚類社團，發(fā)現(xiàn)了不同聚類社團所具有的臨床及實驗室屬性特征以及基因表達模式特征。此外，我們通過整合外部的病原體感染以及疾病的表達譜數(shù)據(jù)，重新發(fā)現(xiàn)已知的關(guān)聯(lián)，驗證新發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)聯(lián)系，證明了該研究對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)用價值。
　　通過表達譜印記分析得到的病原體-宿主反應(yīng)聚類社團具有很強的魯棒性和生物學(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。通過使用表達譜印記分析方法整合外部的感染印記則進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（例如變形菌門的細菌）；區(qū)分具有遺傳進化或分類學(xué)的關(guān)聯(lián)病原體的不同致病機制（例如不同種類的鏈球菌）；鑒定具有相似寄生環(huán)境而對

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）。該研究同時表明表達譜印記分析方法可用于確認已知和預(yù)測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制和哮喘的衛(wèi)生學(xué)假說的驗證以及根據(jù)分子機制推測的系統(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行關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)的文獻支持來作為有力證據(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。通過多種系統(tǒng)生物學(xué)分析方法整合多種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)可用于研究EV71感染機制及作用蛋白的靶向價值，并用于預(yù)測抗病毒藥物。我們通過實驗方法鑒定了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)中的拓撲位置，并根據(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可能是一個廣譜的關(guān)鍵宿主因子。我們通過細胞實驗確認了它在EV71感染中的關(guān)鍵作用。以EV71靶向蛋白為出發(fā)點，關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方法可用于預(yù)測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、點的相關(guān)性，進一步說明了 EV71靶向蛋白作為潛在抗病毒-宿主靶標(biāo)的潛力。表達譜印記方法也被用于尋找藥物刺激表達譜公共數(shù)據(jù)集中可對EV71靶向蛋白的表達產(chǎn)生抑制效應(yīng)的藥物作候選宿主靶向抗病毒藥物。細胞學(xué)實驗驗證發(fā)現(xiàn)預(yù)測的對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胞學(xué)實驗中表現(xiàn)出抗病毒活性。這些研究說明了對EV71與宿主蛋白質(zhì)組學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)分析以及表達譜印記方法在揭示致病機制和制定治療策略上發(fā)揮重要作用。
　　該研