基础研究 Open Access
Copyright ©The Author(s) 2004. Published by Baishideng Publishing Group Inc. All rights reserved.
世界华人消化杂志. 2004-02-15; 12(2): 339-343
在线出版日期: 2004-02-15. doi: 10.11569/wcjd.v12.i2.339
正常与硬化肝组织基因表达差异的初步分析
刘连新, 陈志宏, 武林枫, 李宏伟, 刘芝华, 姜洪池, 王秀琴, 吴旻
刘连新, 武林枫, 姜洪池, 哈尔滨医科大学第一临床医学院普通外科 黑龙江省哈尔滨市 150001
陈志宏, 李宏伟, 哈尔滨市第四医院 黑龙江省哈尔滨市 150028
刘芝华, 王秀琴, 吴旻, 中国医学科学院肿瘤研究所分子肿瘤学国家重点实验室 北京市 100021
刘连新, 男, 1970-10-15生, 黑龙江省哈尔滨市人, 汉族, 1993年哈尔滨医科大学本科毕业, 1997年哈尔滨医科大学硕士研究生毕业, 2000年哈尔滨医科大学和中国协和医科大学博士研究生毕业, 2003年中国医学科学院博士后研究出站, 主任医师, 教授, 主要从事普通外科的基础和临床研究.
基金项目: 黑龙江省自然科学基金资助项目, No. QC01C11.
通讯作者: 刘连新, 150001, 黑龙江省哈尔滨市南岗区邮政街23号, 哈尔滨医科大学第一临床医学院普通外科. liulianxin@sohu.com
电话: 0451-53658828 传真: 0451-53670428
收稿日期: 2003-07-04
修回日期: 2003-09-10
接受日期: 2003-10-07
在线出版日期: 2004-02-15

目的: 了解肝硬化的基因表达概况, 寻找在肝硬化及正常肝组织中差异表达基因.

方法: 以各24例肝硬化及正常肝组织的总RNA混合定量后反转录合成含有α-32P dATP的cDNA为探针, 与Atlas微阵列表达分析膜杂交.

结果: 放射自显影结果经AtlasImageTM软件分析显示: 在所分析的588种已知基因中, Integrin beta 7、collagen type XVIII等17个基因在肝硬化组织中表达上调, TFDP2、BAK、ABL等98个表达下调, 参与细胞增生、凋亡、分化、细胞间相互作用、与细胞侵袭相关的基因表达水平发生了明显改变.

结论: 通过Atlas微阵列系统分析发现的这些基因的表达改变组成了一个肝硬化特异的基因表达谱. 系统地研究肝硬化的基因表达改变, 与肝硬化发生相关基因的差异变化可为肝硬化诊断和治疗提供线索.

关键词: N/A

引文著录: 刘连新, 陈志宏, 武林枫, 李宏伟, 刘芝华, 姜洪池, 王秀琴, 吴旻. 正常与硬化肝组织基因表达差异的初步分析. 世界华人消化杂志 2004; 12(2): 339-343
Gene expression profiles in liver cirrhosis and normal liver tissues
Lian-Xin Liu, Zhi-Hong Chen, Lin-Feng Wu, Hong-Wei Li, Zhi-Hua Liu, Hong-Chi Jiang, Xiu-Qin Wang, Min Wu
Lian-Xin Liu, Lin-Feng Wu, Hong-Chi Jiang, Department of Surgery, First Clinical College, Harbin Medical University, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China
Zhi-Hong Chen, Hong-Wei Li, Department of General Surgery, The Fourth Hospital of Harbin, Harbin 150028, Heilongjiang Province, China
Zhi-Hua Liu, Xiu-Qin Wang, Min Wu, National Laboratory of Molecular Oncology, Cancer Institute, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100021, China
Supported by: the Natural Science Foundation of Heilongjiang, No. QC01C11.
Correspondence to: Dr. Lian-Xin Liu, Department of Surgery, First Clinical College, Harbin Medical University, 23 Youzheng Street, Nangang District, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China. liulianxin@sohu.com
Received: July 4, 2003
Revised: September 10, 2003
Accepted: October 7, 2003
Published online: February 15, 2004

AIM: To describe liver specific gene expression profiles and to identify genes with differential expression between liver cirrhotic tissues and normal liver tissues.

METHODS: The cDNA probes which were labeled with α-32P dATP were synthesized from total RNAs of liver cirrhosis and normal liver tissues and hybridized to two identical Atlas human cDNA expression arrays membranes containing 588 known genes respectively.

RESULTS: Autoradiographic results were analyzed by specific AtlasImageTM (version1.01a) software. Among the 588 genes analyzed, 17 genes were found up-regulated in cirrhosis, including integrin beta 7 and collagen type XVIII, and 98 genes were down-regulated in cirrhosis, including TFDP2, BAK and ABL. Expression of the genes was associated with the regulation of cell proliferation, apoptosis, differen-tiation, cell-cell interaction, invasion regulators and cytokines altered.

CONCLUSION: The results obtained from Atlas microarray provide a comprehensive liver cirrhosis specific expression profile. These results may be helpful for identification of target genes for diagnosis and designing rational therapeutic strategies.

Key Words: N/A


0 引言

肝硬化是常见的消化系统疾病之一, 在我国主要是由于肝炎病毒感染后形成的, 其次是由于血吸虫感染形成, 部分是由于过量饮酒形成的酒精性肝硬化[1-5]. 目前对肝硬化的研究多集中在肝炎病毒或某些原因在肝硬化的发生、发展、诊断、治疗及预后的作用上, 这样就很难揭示肝硬化演进的全貌[6-18]. 很少有研究着眼于肝硬化发展的过程和在此过程中那些基因发生了显著的变化?这些变化的基因都起了什么样的作用?如何通过这些变化的基因来寻找逆转肝硬化的方法?Atlas微阵列表达分析膜利用微阵列(Microarray) 及差异杂交技术, 可快速了解我们感兴趣的许多基因的表达状况[19]. 为了解肝硬化特异的基因表达谱, 寻找在肝硬化与正常肝组织中的差异表达基因, 我们采用该技术分析了588种已知基因在肝硬化中的表达概况, 为揭示肝硬化的分子遗传学变化, 阐明肝硬化的发生机制, 以及肝硬化的早期诊断和逆转治疗提供线索.

1 材料和方法
1.1 材料

各24例肝硬化及正常肝组织取自哈尔滨医科大学第一临床医学院普通外科. 肝硬化标本取自因门静脉高压症行脾切除贲门周围血管离断术患者肝脏; 正常肝脏标本取自因肝脏外伤行剖腹探查术患者的肝脏, 肉眼下于MEM培养液中行显微剥离后置于液氮中保存.

1.2 试剂

Atlas人类cDNA表达分析微阵列(atlas human cDNA expression array)购自Clontech公司. TrizolTM RNA提取试剂盒及第一链cDNA合成扩增试剂盒 (SuperScriptTM preamplication system for first strand cDNA synthesis)均购自 Gibco BRL公司. DNA酶(DNase), RNA酶抑制剂(RNasin)购自Promega公司. 放射性同位素α-32P dATP, dCTP购自NEN Du-Pont公司.

1.3 方法

将各24例的肝硬化和正常肝组织分别混合后, 提取组织的总RNA, 再各取5 μg, 按照Clontech公司Atlas试剂盒操作手册, 分别反转录合成cDNA第一条链, 并掺入放射性同位素α-32P dATP作探针, 与一套两张已经预杂交2 h的相同的Atlas微阵列膜于68℃杂交16 h. 洗膜条件为2×SSC、1% SDS 68 ℃ 15 min两次, 0.5×SSC、0.5% SDS 68 ℃ 20 min 2次, 应用富士胶片(Fuji Film)于-70 ℃放射自显影36-48 h.

1.4 结果分析

放射自显影的X光片采用Bio-Rad公司Fluor-STM MultiImager成像仪扫描生成相应格式的灰度文件. 再由Clontech公司专用的 AtlasImageTM (Version1.01a) 软件进行分析, 生成差异图像及表格.

2 结果

两张放射自显影的X光片(见图1)经Fluor-STM MultiImager成像仪扫描后, 由AtlasImageTM软件分析后得到对比图像. 是以正常肝脏为对照, 以肝硬化相对正常肝脏的变化比率(Ratio)和二者之间的密度值差异(Difference)来反映肝硬化的变化. 为准确反映基因的变化差异, 我们以看家基因泛素(Ubiquitin)来校正二者之间的信号差异. 在所分析的588个基因中, 二者之间的差异大于50%或密度值差异大于10 000单位的共有115个, 其中在肝硬化中表达上调的有17个, 表达下调的有98个(见表1, 其中Ratio>1为在肝硬化组织中表达上调; Ratio<1为在肝硬化组织中表达下调). 许多与细胞周期调控, 细胞增生与分化, 细胞间相互作用, 细胞间信号传递, 细胞凋亡有关的基因以及癌基因和抑癌基因等均有明显的改变.

表1 肝硬化与正常肝组织基因表达差异情况.
位置比例差值基因位置比例差值基因
D7f-46 583placenta growth factorD3a-13 878versican isoforms
F5l-45 246IL-inducible peptideB1h-13 644BAK
F5e0.170-41 164IL-13A5b0.204-12 751MEK1
C4b-40 337Wnt-5aB3l0.153-12 644DAP kinase 1
C7l-39 092RAR gammaD7i0.150-12 490GLG1
E2f0.290-36 259emmprinE6b0.422-12 411catenin alpha-2
C3i0.228-35 930Notch4F6k-12 372TDGF1, 2, 3
A3i0.080-33 464p19INK4dD2c-12 339collagen type XI
C7m-32 988retinoid X receptorA3j-12 219WEE1HU
D5f-32 437CD9B1l-11 664FLAME-1
B2g0.254-32 317TRIPC2d-11 434ERCC5
C4k0.146-31 082DVLA7n-11 310desmin
B3j-30 455caspase-10A5l-11 230TFDP2
C2j-30 318RadD2m-11 077tenascin-C
F2g0.388-30 177endothelin ET2F2f-10 796EGF-like growth factor
E4j0.097-30 058CDC42D4f-10 779GPIIIA; integrin beta3
D5k0.085-28114ninjurin-1A7g-10 686K4; CK4
B7j0.250-27 838ABL2; ABLLB2j-10 436C-IAP2; IAP1; MIHC
E7n-27 258HCKA1c0.203-10 422CDPK3
E2a-26 725MMP-19A1e-10 334kinase PSSALRE
C6n-26 592sex geneF3j0.791-10 331EGR-1; KROX24; AT225
E2d0.164-26 409TIMP-3;B6d-10 284p55-c-fgr protein
E5m-26 206H-cadherinC4n-10 111smoothened
D7g-25 952FLT3/FLK2B7l0.265-9 485STAT1
F5k-25 326IFN-gammaB7k0.444-9 301ZAP-70; ZAP70
D5g0.170-25 132cytovillin 2E4n0.330-8 337P115
D6c0.281-23 356semaphorin EB4c0.262-8 173WSL-LR; Apo-3
B3h0.465-23 309FLICE; CAP4; CASP8; MCH5D7n0.353-7 249homeobox HOX 4A
C2n0.087-23 014replication factor CA3m0.292-7 008NEDD5 protein homolog
D4b0.136-22 957integrin alpha8C3e0.458-6 939RAD23
B2i0.122-21 022CRAF1A2e0.351-6 736PCTAIRE-3
E4e-20 262P21-RAC2A5a0.367-6 249MAPKK 5;
B3i0.536-20 089ICE-LAP6E1k0.449-5 473MMP-14 (MT1-MMP)
D5e0.159-19 823cytohesin-1A1i0.455-5 260P23; P25; P35
F3k0.137-19 389hepatocyte growth factorC3b0.352-5 111superoxide dismutase 1
E1m0.095-19 179MMP-16 (MT3-MMP)A4n0.464-4 929JNK3; JNK3; P49
D6f-18 894semaphorin-1A7a0.352-4 649K16; CK 16;
E2b0.636-18 636TIMP-1; EPAC1m0.380-4 399DNA TOPO I
C3j-18 316Jagged 1B4d0.473-4 221Akt1; c-Akt
C1a-18 130DNA-PK; XRCC7A2f0.449-4 152PITALRE
C6m-17 970CCK4; PTK7D2e2.16210 343collagen type XVIII
B2n0.100-17 919TRAIL receptorA5e1 0747PCNA; cyclin
D6h-17 735LARE1e1.58311 610MMP-8; collagenase-2
A7d-17 478K1; CK 1E3e2.1411 1693NDK A; NM23-H1
C2c-17 212XRCC1D3f13 084fibronectin
E1j-17 010MMP-13; collagenase-3E6d14 470plakoglobin;
F6b-16 980NT-3E3l14 883rhoB
B1k0.644-16 741NIKD4j1.70216 207integrin beta7
B3f-16 474LICE2A7m16 433vimentin
C5f-15 882eps15D1b16 589byglycan
D6e-15 220semaphorin VF4k16 800IL-5
B7g-15 072SKYD1a1.8421 8757CSPCP; aggrecan 1;
A6f-14 898b-rafA6i1 9497c-myc binding protein
B5l0.670-14 354rhoAB5c19 662CD27BP (Siva)
E4i0.181-14 319p160ROCKA3e28 403mda-6; CAP20
F5d-13 972IL-12F5n32 402MIF
C1i-13 927DNA polymeraseB5b36 045GST homolog
A4j0.216-13 888ERK6; ERK5
图1
图1 正常肝组织与肝硬化的放射自显影照片. A: 正常肝组织; B: 肝硬化.
3 讨论

自1995年Brown实验室首次报道了微阵列技术(Microarray)以来, 因其信息量大, 操作简单、可靠, 可重复性强且可以反复利用, 迅速被用于基因表达检测、DNA测序、寻找新基因、突变体和多态性的检测、药物筛选、疾病诊断和基因文库作图等方面[20]. Atlas微阵列膜是微阵列系统的一种, 也称为DNA芯片(DNA chip). 本研究结果表明: 在肝硬化中, 对细胞增生起促进作用的基因表达明显下调, 对细胞增生起抑制作用的基因表达明显上调; 与细胞间相互作用、细胞粘连、生长因子受体和细胞因子有关的基因也发生了明显改变. 这些改变构成了肝硬化不同于正常肝脏特异的基因表达谱.

在对细胞增生周期调控的基因中, 转录因子E2F家族中的配体DP2(TFDP2)在肝硬化中有明显的下降. TFDP2是E2F家族的重要配体, 虽然E2F家族有1-5五个基因, 但其配体却只有DP1和DP2两个, 尤以DP2的功能更为重要. 其是通过与E2F组分形成DNA结合复合体而发挥作用, 在细胞周期的调节和分化中发挥重要作用, 可以促进S期的进程[21]. TFDP2还可以通过调节E2F而在细胞周期中发挥作用, 其在肝硬化组织中的表达下降, 说明肝硬化时细胞的倍增时间延长. 促分裂原活化激酶激酶(mitogen-actived protein kinase kinase, MAP kinase kinase 1, MAPKK1)是胞外信号调节激酶的亚类, 其可被丝氨酸磷酸化所激活, 上游的激活因子c-raf, ras和MEK激酶均可以调节其活性[22]. 在肝硬化中表达明显下降的基因还有LAR, LAR是跨膜蛋白酪氨酸磷酸酯酶的前体, 有调节细胞与细胞粘连分子之间的作用 [23], 其在肝硬化中表达下降亦可能起同样的作用.

与细胞凋亡有关的基因在肝硬化中表达下调, BAK可以直接刺激细胞凋亡, 他通过BH3结构域和Bcl-2结合, 抑制Bcl-2的功能, 进而发挥促进凋亡作用[24], 其在肝硬化组织中的表达明显下降. DNA-PK由催化亚单位和由G22P1基因编码的自身免疫性抗原Ku构成, 催化亚单位的活性是依赖于Ku的活性来调节, 许多DNA结合蛋白, 包括许多转录因子等都是DNA-PK的底物[25]. DNA-PK还可以控制转录、凋亡和染色体端粒的长度, 他的催化亚基是Caspase家族Caspase-3介导凋亡通路上的一个重要目标蛋白[26]. DNA-PK还参与双股DNA断裂(DNA double strand breaks, DSBs)的修复和V(D)J重组, 其活性的调节可通过自身磷酸化的过程进行[25]. DNA拓扑异构酶(DNA TOPI)催化超螺旋DNA的解链, 并且在DNA的复制、转录和重组中发挥重要作用, 同时还可以改变DNA的立体构象[27]. 真核生物的DNA TOPI是高度保守的, 他的功能受抑制时, 将导致DNA双链断裂、堆积, 进而造成细胞死亡.

此外, 在肝硬化中表达上调的基因有整合蛋白β7(integrin beta7), 他调节细胞与细胞, 细胞与基质之间的相互作用, 同时还可以将各种刺激转变为细胞内信号[28]. XVIII型胶原(collagen type XVIII)属于胶原超家族中的一类, Endostatin是他的20 kDa的C末端, 而且是表皮细胞增生和血管化的一种特异的抑制剂, 同时可以使上皮细胞停止于G1期[29]. 他们在肝硬化中的表达上调是我们首次发现.

总之, 肝硬化的基因表达改变是非常复杂的, 肝硬化的发生、发展及演进正是这些基因改变共同作用的结果[30-32]. 应用Atlas微阵列膜可以同时分析上千个基因的变化, 可以提供特殊疾病的基因表达谱; 可以为人们提供研究正常细胞和疾病细胞分子解剖学的第一手资料[33]. 本研究发现的在肝硬化中较之正常肝组织有变化的许多基因大多数尚未见诸肝硬化研究的报道. 这些基因改变的发现必将为人类研究肝硬化提供新的思路;为肝硬化逆转的基因治疗提供新的可能的靶点.

编辑: N/A

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