多组学在阿霉素心脏毒性中的研究进展

李 思 陈雅芳 魏丽萍

1.天津中医药大学研究生院，天津 301617；2.天津市人民医院心内科，天津 300121

肿瘤已经成为全球发病率第一的疾病[1]。蒽环类药物作为有效的广谱抗肿瘤药物，主要用于白血病、膀胱癌等多种恶性肿瘤，但是随着药物累积剂量的增加，常导致严重的心脏毒副作用[2-3]。有研究对服用蒽环类药物的肿瘤患者进行随访，发现这些患者常出现不同程度的心肌病，其中接受阿霉素（Doxorubicin，DOX）治疗的患者出现心肌病的风险最高[4]。因此，本文主要对阿霉素心脏毒性（Doxorubicin-induced cardiotoxicity，DIC）进行研究。

多组学包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学，利用高通量技术，从整体上分析疾病脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）、核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）、蛋白质、代谢产物的变化，进而发现新型生物标志物，并探讨其发病机制。考虑到DIC 机制的复杂性，且目前尚无明确的标志物及有效药物对其进行辅助诊断与治疗，故本文综述了多组学在DIC中的研究进展，以期发现具有诊断价值的生物标志物，为DIC 的早期诊断与新药研发提供思路。

1 基因组学在DIC 中的应用

基因组学是指利用生物学技术进行基因组测序、组装和分析。由于并非所有接受化疗药物治疗的肿瘤患者都出现心脏的不良反应，其机制可能与遗传学有关[5]。基因组学作为探索遗传病的基础方法，在DIC 领域得到了广泛的应用。

1.1 全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）

GWAS 利用基因芯片获得疾病表型基因，是遗传学的重要部分。GWAS 的研究显示，RARG、TRC6 等基因与DIC 发病显著相关[6-7]。Magdy 等[6]发现RARG变体rs2229774 会导致DNA 损伤和线粒体功能失调，其可能是DIC 的致病基因。Lu 等[7]发现DOX 处理细胞后会使TRPC6 N338S 表达显著增高，激活TRPC6信号通路，促进细胞内Ca2+水平升高和电流密度，导致心肌细胞受损。上述基因目前在DIC 机制上的研究较少，其也许能成为DIC 的新靶点。

1.2 表观基因组学研究

表观遗传学是指DNA 序列不发生变化，但是基因表达发生变化。DNA 甲基化作为表观遗传研究学的重要领域，指在DNA 甲基化转移酶的作用下，基因组CpG 共价键结合一个甲基基团，其在维持细胞功能、抑制衰老和疾病的发生中发挥着重要作用。有研究对DIC 患者血清进行甲基化测序后发现SLFN12、IRF6 出现高甲基化变异，而RNF39 出现低甲基化变异时，DIC 患者的心脏收缩功能下降[8]。还有研究则显示PRMT5 作为精氨酸甲基化的主要酶，会促进DIC小鼠心脏成纤维细胞纤维化[9]。上述研究表明DNA 甲基化特征可能成为DIC 的诊断标志及治疗靶点。

1.3 外显子组研究

除了DNA 甲基化之外，外显子测序也是基因组学常用的手段，其将全基因组外显子区域DNA 捕捉并富集，再进行高通量测序以进行分析。Petrykey 等[10]对233 例DIC 患者血清进行外显子测序，发现ZNF267 基因变异的患者左心室收缩功能良好；而NOD2 基因变异的患者则心肌炎症反应加剧，心脏收缩功能受损。

DIC 的机制包括炎症、氧化应激、自噬、凋亡等，有研究对接受蒽环类药物治疗的儿童癌症患者血清进行鉴定，发现与自噬相关的PI3KR2 和ZNF827 等基因变异更强[11-12]。上述基因可能成为研究DIC 发生机制的重要靶点。

综上所述，利用基因组学提示的RARG、TRC6、SLFN12、IRF6、RNF39、PRMT5、ZNF267、NOD2、PI3KR2和ZNF827 的变异位点，有利于分析DIC 的潜在遗传致病原因，同时为防治DIC 提供新思路。

2 转录组学在DIC 中的应用

转录组学是在RNA 水平上研究基因表达情况，并通过RNA 测序获得DIC 中多种RNA 的变化，如微RNA（microRNA，miRNA）、长链非编码RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）、环状RNA（circular RNA，circRNA）。

2.1 miRNA

miRNA 是辅助诊断和治疗的生物标志物，或许也能作为DIC 的标志物。多项研究通过RNA 测序已经发现了miRNA 在DIC 中的作用，如miR-34a 可以促进增殖并抗凋亡、miR-4732-3p 可以抑制氧化应激[13-14]。提示miRNA 直接参与DIC 的发生、发展，也许可以作为治疗靶点进行下一步的药物研究。

2.2 lncRNA

lncRNA 与miRNA 相互调控，参与多种信号通路调控基因和蛋白质表达，进而影响心血管疾病，其异常表达可以成为肿瘤和心血管疾病诊断和预后的生物标志物[15]。基于转录组学，有研究发现lnc5745、lnc FOXC2-AS1 可以直接作用于Rab2A-p53 信号通路和WISP1 通路，通过抑制凋亡改善DIC[16-17]。而lnc PVT1 则通过海绵作用吸附miR-187-3p，调节AGO1促进心肌细胞凋亡，加重DIC[18]。上述lncRNA 也许可以成为从基因水平上改善DIC 的新靶标。

2.3 circRNA

除上述之外，circRNA 也可以作为DIC 的治疗靶点，其往往通过与miRNA 结合，间接调控miRNA 下游靶基因的表达[19]。Lu 等[20]发现DIC 会导致circ-INSR下调，抑制与SSBP1 的相互作用，引起心肌细胞凋亡、线粒体功能紊乱，导致心脏损伤。有研究在DOX 诱导心肌细胞中发现circ-ITCH 下调，减少了与miR-330-5p/SIRT6/BIRC5/ATP2A2 的相互作用，促进氧化应激、DNA 损伤和细胞凋亡[21]。上述circRNA 可能作为保护DIC 的靶点。但也有实验表明circArhgap12 的上调与DIC 发病呈正相关，其通过促进与miR-135a-5p 的相互作用，加剧氧化应激和凋亡，导致心肌损伤[22]。故上调circ-INSR 和circITCH 的表达及下调circArhgap12的表达有望成为预防DIC 的新方法。由上可见，miRNA、lncRNA 和circRNA 具有一定的联系，且上述多种RNA 在DIC 中参与细胞凋亡，今后可以对其进行深入研究，以明确DIC 的发病机制。

3 蛋白质组学在DIC 中的应用

蛋白质组学往往借助液相色谱质谱联用仪对蛋白质组进行定性、定量等分析。蛋白质作为基因表达的最终产物，能更准确地找到疾病的靶点。另外，通过蛋白质组学，更有助于识别DIC 中蛋白质之间的相互作用。

定量蛋白质组学分析是蛋白质组学中常用的手段，指把一个基因组表达的全部蛋白质进行精确的定量和鉴定。Yuan 等[23]发现，与对照组比较，DOX 大鼠心脏组织中有118 种蛋白质上调，160 种蛋白质下调，分析后发现其与谷胱甘肽代谢、心肌收缩、糖酵解等多种途径相关。这些差异蛋白质可能在上述通路中发挥着关键作用。

蛋白质组学也可以分析DIC 中的差异蛋白质，从而进行机制研究。Brandao 等[24]利用液相色谱一串联质谱法进行定性、定量鉴定，发现DIC 小鼠心脏中60%蛋白质属于线粒体蛋白质，其中前50 种蛋白质主要参与氧化磷酸化、脂肪酸氧化、三羧酸循环和氨基酸代谢、线粒体稳态等生物过程。除此之外，多项研究在DIC 基础研究中发现与内质网应激、细胞凋亡等多种机制相关的差异蛋白质，如CLSTN1、TRIM25等，其有可能成为缓解DIC 的靶点[25-26]。

综上可知，利用蛋白质组学获得的相关通路有助于加深对DIC 的认知，而差异蛋白质则有望成为DIC的标志物及靶点。

4 代谢组学在DIC 中的应用

代谢组学主要分为靶向和非靶向，其研究多使用血液样本，对代谢物进行定量、定性分析。代谢产物除了被视为下游生物标志物外，还可以作为生物过程和表型的直接调节剂，其不仅可以驱动DNA/RNA 甲基化，还能和其他大分子相互作用[27]。因此，了解代谢产物的变化及代谢途径更有助于对DIC 机制的深入研究。

靶向代谢组学主要对目标代谢产物进行定量分析，鉴定的代谢物准确性更高。游离脂肪酸是身体组织重要的能量来源，维持机体能量稳态，其配体具有促进脂肪细胞分化、抗炎等生理功能以调节能量和免疫稳态，有利于维持心脏正常功能[28]。在DIC 小鼠中，Acot1 基因可能通过调节游离脂肪酸组成和分布，抑制铁死亡，改善DIC[29]。另外，Tanaka 等[30]发现DOX 组黄嘌呤活性明显增强，而黄嘌呤会促进氧化应激加重DIC 小鼠心脏功能紊乱。Li 等[31]发现DIC 可能与花生四烯酸（arachidcnic acid，AA）代谢有关。AA 主要通过调节环氧合酶、脂氧合酶和细胞色素P450 酶代谢过程来参与炎症反应[32]。调节AA 代谢途径，可以有效改善DIC 中的炎症反应。因此，脂肪酸、黄嘌呤、AA 也许能成为临床上早期诊断DIC 的指标，而且这些代谢物的变化更有利于了解DIC 的发病机制及进展情况。

非靶向代谢组学主要对代谢物进行相对定量分析，准确性不高，但筛选出的代谢物更多，更易挖掘差异代谢产物。Yuan 等[23]发现，与对照组比较，DOX 组大鼠血浆中的代谢物有12 种下调，21 种上调，这些代谢物主要干预能量代谢、氨基酸代谢、脂肪酸代谢和甘油磷脂代谢等通路，可能是DIC 的代谢途径。能量代谢指从外界摄取的蛋白质、脂肪等氧化产生能量。氨基酸是组成蛋白质的基本物质，参与多种生理功能，如硫和氧化还原代谢、糖酵解等，靶向氨基酸代谢也许可以成为防治DIC 的新的治疗方向[33]。甘油磷脂作为生物膜的主要成分，亲脂部分可以参与脂质氧化反应，上调活性氧水平，加剧氧化应激反应进而影响心肌功能。另外，当其被磷脂酶A2 水解时，会产生AA，加重炎症反应[34]。上述代谢物的变化及代谢途径可能对明确DIC 机制有所帮助。

因此，期待后续对这些代谢产物及相关代谢途径进行更深入的研究，减轻DOX 的毒副作用。

5 总结与展望

DOX 广泛应用于多种恶性肿瘤，极大地缓解了肿瘤患者的痛苦，但随之而来的心脏毒性则引起了人们的广泛关注。本文阐述了多组学在DIC 研究中发现的不同层次的新分子，有望成为DIC 的诊断指标，辅助判断DIC 进展，且有利于深入理解DIC 发病机制以进行后续药物研发。但是由于部分组学数据并未在基础研究和临床试验中进行验证，故还存在一定局限性。相信未来随着多组学的深入发展，其也能为防治DIC提供更多思路和助力。

利益冲突声明：本文所有作者均声明不存在利益冲突。