近日，美國醫(yī)學會雜志The Journal of the American Medical Association發(fā)表了一篇名為《Novel Association of the NOTCH Pathway Regulator MIB1 Gene With the Development of Bicuspid Aortic Valve》的文章，指出MIB1基因與二葉主動脈瓣相關。
二葉主動脈瓣（Bicuspid aortic valve，BAV）是一種遺傳性疾病，也是最常見的一種先天性心臟瓣膜缺陷。當家族中有人患病，其一級親屬受累的風險會增加10倍。BAV主要表現(xiàn)為顯性遺傳特征且外顯率不全，在男性個體中患病率較高。NOTCH通路是一種進化上保守的細胞-細胞通訊信號通路，參與多種發(fā)育過程，已知與BAV有關。當NOTCH信號通路遭受破壞時，可能導致人類和小鼠出現(xiàn)主動脈瓣疾病。而MIB1基因編碼一種重要的E3-泛素連接酶，可誘導NOTCH配體的泛素化和內(nèi)吞作用。該文章的研究結果表明MIB1基因在二葉主動脈瓣病理生理過程中發(fā)揮作用，并將NOTCH通路確定為二葉主動脈瓣治療的潛在靶點。
研究關鍵點
問題
哪些基因與二葉主動脈瓣（BAV）的發(fā)育相關？
發(fā)現(xiàn)
在這項針對938名患者的遺傳關聯(lián)研究中，通過整合人類遺傳學方法，從家系共分離開始，進行罕見和常見變異的分析，成功地鑒定出MIB1基因。MIB1基因是NOTCH配體信號傳導的重要調(diào)節(jié)因子，是人類BAV發(fā)育的一個潛在新基因。這些數(shù)據(jù)得到了小鼠模型的進一步支持，攜帶人類MIB1基因變異的小鼠表現(xiàn)為BAV。
意義
這些發(fā)現(xiàn)表明MIB1基因在BAV病理生理過程中發(fā)揮作用，并將NOTCH通路確定為BAV治療的潛在靶點。
研究結果
本研究共納入938名二葉主動脈瓣（BAV）患者：發(fā)現(xiàn)隊列中有69名（7.4％），重復隊列1中有417名（44.5％），重復隊列2中有452名（48.2％）。平均（標準差）年齡為49.8（14.2）歲。
MIB1基因被鑒定為主要候選基因。除了遺傳發(fā)現(xiàn)之外，該研究的選擇多基于文獻數(shù)據(jù)：（1）MIB1基因在NOTCH通路中起作用；（2）MIB1基因失活的小鼠模型具有BAV；（3）所鑒定的變異之前在各種先天性心臟瓣膜缺陷表型中被發(fā)現(xiàn)，包括左室心肌致密化不全（LVNC）。在該研究的譜系中，攜帶MIB1基因變異的先證者具有復雜的表型，結合了BAV和心肌隱窩。心肌隱窩在表型正常的心肌病基因變異攜帶者中的患病率較高。見圖1。
該研究考慮了MIB1基因座上的常見SNVs（圖2），使用具有錯誤發(fā)現(xiàn)率校正的邏輯回歸模型進行了多重比較，檢測到了5個非編碼SNVs的關聯(lián)，其中4個位于編碼區(qū)或內(nèi)含子區(qū)（圖2A）。連鎖不平衡（LD）評估表明，所有5個SNVs都是劃定的LD區(qū)塊的一部分，D'（LD系數(shù)）為1，表明這些SNVs之間存在高連鎖不平衡（圖2B）。LD分析顯示出兩個區(qū)塊：一個包含SNVs 1、2和5（rs7241299、rs79023008、rs11083391），另一個包含SNVs 3和4（rs1893384、rs3017041）。
通過人類遺傳學和功能分析，該研究確定MIB1基因是一種與人類非綜合征二葉主動脈瓣（Nonsyndromic bicuspid aortic valve，nsBAV)相關的新基因，研究隊列中大約2%的BAV指標病例攜帶相關變異。在研究中還發(fā)現(xiàn)了其他潛在的候選基因，其中一個主要候選基因是JAG1，另一個是NOTCH1通路基因，也是心臟發(fā)育過程中MIB1基因的關鍵底物。有趣的是，在早期瓣膜發(fā)育過程中，DLL4和JAG1都在瓣膜內(nèi)膜中表達；而在后期，只有JAG1在主動脈瓣內(nèi)膜中表達。這3種配體在正常情況下依賴于MIB1基因作為NOTCH信號激活的配體。
圖1. 非綜合征二葉主動脈瓣（nsBAV）中MIB1基因罕見變異
A：攜帶MIB1 p.V943F變異并具有瓣膜和心肌結合表型患者的心臟磁共振成像（MRI），矢狀切面顯示左心室游離壁中的心肌隱窩。
B：同一研究的矢狀切面，顯示二葉主動脈瓣（BAV）。
C：圖形表示MIB1結構域以及已鑒定的MIB1變異的位置，星號表示無義變異。
D：繪制了BAV變異的MIB1的AlphaFold模型（DeepMind）。該模型呈現(xiàn)為卡通式（以彩虹色比例從N-端的藍色到C-端的紅色），并以球棒式格式呈現(xiàn)BAV變異的位置。
E：系統(tǒng)發(fā)育分析顯示該氨基酸高度種間保守性。ANK表示錨蛋白重復序列1-9；MZM表示MIB-Herc2結構域1 + ZZ指環(huán)域 + MIB-Herc2結構域2；REP表示MIB重復序列1和2；RNG表示環(huán)狀域1至3。
圖2. 與二葉主動脈瓣（BAV）相關的MIB1基因常見單核苷酸變異（SNVs）
A：MIB1基因座中的單核苷酸變異（SNVs）。x軸表示染色體坐標；y軸表示log10 P值（左）和來自HapMap的綜合重組率（右）。該基因座在GRCh37/hg19中從chr18:19284918延伸到chr18:19450912，跨越166Kb。每個點代表一個SNV，并根據(jù)與最顯著的SNV相關的D′值進行著色，用藍色表示。水平虛線表示根據(jù)錯誤發(fā)現(xiàn)率多重比較分析設定的臨界P值0.01。
B：具有統(tǒng)計學意義的SNVs的成對連鎖不平衡統(tǒng)計的熱圖。x和y維度表示已鑒定的5個顯著的SNVs，表明所有5個SNVs之間連鎖不平衡均接近1，這意味著高度的連鎖不平衡，該熱圖在LDlink創(chuàng)建后進行了修改。
研究局限性
該研究應考慮到一些局限性。該文章使用了基于轉(zhuǎn)診中心的數(shù)據(jù)隊列，存在偏倚的可能性，因為與普通BAV人群相比，來醫(yī)院診所的患者往往疾病形式更嚴重。因此，MIB1基因變異在BAV患者的普通人群中的患病比例可能低于該項研究隊列中的比例。在這兩組重復隊列中，都使用了公共數(shù)據(jù)庫進行對照，這些數(shù)據(jù)庫缺乏經(jīng)過驗證的表型，而且可能還包含了與普通人群類似的BAV病例。最后，該文章僅研究了NOTCH通路中的1個基因，但有必要對整個通路進行更深入的研究，因為NOTCH通路涉及的幾個基因參與小鼠的瓣膜發(fā)育。
研究結論
該項遺傳關聯(lián)研究通過結合各種人體分析和體內(nèi)功能研究的結果，發(fā)現(xiàn)MIB1基因與nsBAV的發(fā)育相關，這強調(diào)了NOTCH通路在影響nsBAV的遺傳和病理生理過程中可能扮演著重要角色。這項研究還強調(diào)了有必要深入研究NOTCH通路的各個組成部分，將其作為nsBAV的潛在候選基因和未來治療靶點。
參考文獻
Tessler I, Albuisson J, Pi?eiro-Sabarís R, et al. Novel Association of the NOTCH Pathway Regulator MIB1 Gene With the Development of Bicuspid Aortic Valve. JAMA Cardiol. 2023 Aug 1; 8(8): 721-731.
往期回顧
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