眼科疾病的生物信息學(xué)研究進展

章 爽，高桂平，曾 云

作者單位： 1(448000 )中國湖北省荊門市第二人民醫(yī)院眼科；2(330006)中國江西省南昌市，南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科

0引言

生物信息學(xué)是使用計算機對生物信息進行存儲、檢索和分析的科學(xué)。重點研究基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)，具體來說就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā)，分析序列中表達的結(jié)構(gòu)功能的生物信息。數(shù)據(jù)庫是生物信息學(xué)的主要內(nèi)容，常用的數(shù)據(jù)庫有基因表達綜合(Gene Expression Omnibus，GEO)數(shù)據(jù)庫，可以利用生物信息學(xué)分析方法對GEO數(shù)據(jù)庫下載的疾病基因和正常人基因庫數(shù)據(jù)進行差異表達基因(differentially expressed genes，DEGs)分析，并對其進行功能聚類分析、功能富集分析和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(protein-protein interaction，PPI)網(wǎng)絡(luò)分析，然后通過蛋白印跡法(Western-blot)和逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)加以驗證，從而得到相應(yīng)的靶基因并分析其生物學(xué)功能以及與臨床之間的聯(lián)系。在過去的幾十年中，微陣列技術(shù)和生物信息學(xué)分析被廣泛應(yīng)用于篩選基因變化，這有助于我們識別差異表達基因參與眼科疾病發(fā)病機制的發(fā)生和發(fā)展過程。由于基因芯片技術(shù)具有高通量、微型化和自動化等特點，能夠?qū)Υ罅可飿悠分械幕蚱叫?、快速、敏感、高效地分析，因而?DNA序列測定、基因表達分析、基因組研究、疾病診斷等方面應(yīng)用廣泛，這有利于深入了解各種眼科疾病發(fā)生、發(fā)展所涉及的分子機制，篩選可作為診斷的關(guān)鍵基因和藥物治療靶點[1]，特別是為一些眼科腫瘤疾病、遺傳性及炎性眼部疾病的發(fā)病機制提供了新的思路。

1生物信息學(xué)在眼部腫瘤中的應(yīng)用

1.1視網(wǎng)膜母細胞瘤視網(wǎng)膜母細胞瘤(retinoblastom，RB)是嬰幼兒最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，由于致盲率較高，因此也是眼科關(guān)注的重點疾病之一。既往研究認為RB基因的缺失或失活是RB發(fā)生的重要機制[2]，Cao等[3]通過生物信息學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)RB是一種高度異質(zhì)性腫瘤，細胞周期相關(guān)基因表達水平與RB的進展相關(guān)，而 LRRC39基因可能是RB進展亞型生物標(biāo)記物。Huang等[4]通過生物信息學(xué)方法發(fā)現(xiàn)DGPDC1、NDC80、SHCBP、TOP2A和DLGAP5可能參與RB的發(fā)生、侵襲及復(fù)發(fā)過程，這進一步揭示了RB發(fā)病及轉(zhuǎn)移可能發(fā)生的機制。Wu等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在RB抑癌基因失活的情況下人類MYCN的過度表達會引起糖體相關(guān)基因的過度表達，從而促進細胞過度增殖，導(dǎo)致具有間變性變化的RB，證明除了RB基因的缺失或失活外，MYCN的過度表達也是發(fā)病的一大因素，這進一步完善了RB的發(fā)病機制。而張艷等[1]通過RB基因表達譜芯片進行生物信息學(xué)分析研究發(fā)現(xiàn)，在篩選出的正常視網(wǎng)膜組織與RB組織間下調(diào)的DEGs中，CNGA1、CNGB1、RHO、SAG等差異基因主要與光傳導(dǎo)信號通路有關(guān)，這可能為RB發(fā)病機制提供了思路。因此，我們考慮RB與正常視網(wǎng)膜組織差異基因傳導(dǎo)通路可能與光信號傳導(dǎo)有關(guān)，這進一步引發(fā)思考，與正常視網(wǎng)膜相比，這種差異表達基因所引起的光感受器表達減少是否與疾病的嚴重程度相關(guān)值得深入探索。因此通過生物信息學(xué)技術(shù)幫助篩選除RB基因以外的其他診斷的關(guān)鍵基因，不僅完善了RB的發(fā)病機制，還為尋找RB生物診斷標(biāo)記物及藥物治療靶點提供了幫助。

1.2脈絡(luò)膜黑色素瘤脈絡(luò)膜黑色素瘤(choroidal melanoma，CM)是成年人最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，由于惡性程度高，易發(fā)生轉(zhuǎn)移，危害性大，因此研究其發(fā)病機制對于CM的及時有效治療非常有意義。劉然等[6]運用生物信息學(xué)方法對CM基因進行篩選及驗證發(fā)現(xiàn)，miR-147a可以通過靶向調(diào)控微小染色體維持蛋白3(minichromosome maintenance protein 3，MCM3)的表達，從而抑制人侵襲性脈絡(luò)膜黑色素瘤細胞的增殖、遷移和侵襲。聶愛芹等[7]通過生物信息學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)BAPI可以作為轉(zhuǎn)錄因子進而調(diào)控脈絡(luò)膜黑色素瘤細胞的遷移。此外，應(yīng)曼曼等[8]研究發(fā)現(xiàn)，miR-9-5p也能抑制脈絡(luò)膜黑色素瘤細胞的增殖、遷移和侵襲，從而促進脈絡(luò)膜黑色素瘤細胞凋亡，并通過調(diào)節(jié)CDH1、CTNNA1和ITGA6表達發(fā)揮調(diào)控作用，上述研究進一步完善了CM的發(fā)病機制，并為評估CM增殖程度提供幫助。Zhao等[9]通過生物信息學(xué)和相互作用分析方法分析轉(zhuǎn)移相關(guān)富集信號通路發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的DEGs主要通過核糖體和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑參與蛋白質(zhì)合成和細胞增殖過程；下調(diào)的DEGs主要通過磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K-Akt)信號通路參與減少細胞間黏附和促進細胞在細胞外基質(zhì)中遷移的過程，這一發(fā)現(xiàn)為葡萄膜黑色素瘤轉(zhuǎn)移機制提供了參考。聶愛芹等[7]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移葡萄膜黑色素瘤差異表達基因主要富集在血液凝固途徑，且與腫瘤轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，以往認為腫瘤的轉(zhuǎn)移與新生血管有關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)進一步揭示了凝血級聯(lián)過程與腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移也有聯(lián)系，為腫瘤轉(zhuǎn)移途徑提供了新思路。因此通過生物信息學(xué)先篩選出差異基因后，再與分子驗證相結(jié)合的模式，可避免盲目的實驗，費時費力，生物信息學(xué)有助于有效分析差異基因的表達情況及相應(yīng)蛋白表達通路，從而確定臨床信息的相關(guān)性。

1.3淚腺腺樣囊性癌淚腺腺樣囊性癌(adenoid cystic carcinoma of the lacrimal gland，LACC)是最常見的惡性上皮性淚腺腫瘤，通常由于骨和神經(jīng)周圍浸潤而預(yù)后不良[10]，研究表明約50%的患者在5～10a內(nèi)發(fā)生局部復(fù)發(fā)和遠處轉(zhuǎn)移[11-12]，然而淚腺癌中的分子遺傳學(xué)機制仍有待闡明。Jiang等[13]通過生物信息學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)miR-140-3p及其靶基因可能在LACC高級別轉(zhuǎn)化發(fā)病機制中起著重要作用；此外，該研究構(gòu)建了一個基于微陣列競爭性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的circRNA-miRNA-mRNA-ceRNA網(wǎng)絡(luò)，這可能有助于確定LACC高級別轉(zhuǎn)化中新的針對微小RNA(microRNA，miRNA)的治療靶點。此外，有研究表明miR-24-3p在LACC組織中下調(diào)，并通過下調(diào)蛋白激酶C表達促進P53/P21途徑，從而抑制LACC細胞增殖、遷移和侵襲[14]。Hao等[15]研究表明，與健康人相比，LACC患者的組織和血漿中miR-93-5p過度表達，且miR-93-5p通過調(diào)節(jié)Wnt信號通路靶向下調(diào)乳腺癌轉(zhuǎn)移抑制因子-1蛋白，從而促進LACC細胞遷移、侵襲和增殖。這些差異基因的過度表達與細胞增殖、遷移、侵襲相聯(lián)系，這為研究LACC的惡性程度提供了新的見解，并為診斷或治療策略的確定提供了潛在的生物標(biāo)志物，有助于進一步分析LACC的分子遺傳學(xué)機制。

2生物信息學(xué)在眼底病中的應(yīng)用

2.1糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是最常見的視網(wǎng)膜血管病，是50歲以上人群主要的致盲疾病之一，然而目前用于DR早期檢測的生物標(biāo)志物仍然缺乏。Liu等[16]在生物信息學(xué)分析的基礎(chǔ)上確定DR涉及的關(guān)鍵分子特征，在糖尿病大鼠和高糖處理的視網(wǎng)膜細胞模型中獲得743個DEGs，這些差異基因多與晶狀體分化、胰島素抵抗和高密度脂蛋白膽固醇代謝相關(guān)，通過富集通道及PPI網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)氯離子通道、視黃醇代謝和脂肪酸代謝的動態(tài)基因表達改變參與大鼠DR過程，且H3K27m3修飾在DR早期調(diào)節(jié)多數(shù)DEGs的表達，這一探索及發(fā)現(xiàn)將為DR提供不同的治療策略。Shi等[17]通過RNA測序結(jié)合生物信息學(xué)工具發(fā)現(xiàn)miR-26a-5p是早期視網(wǎng)膜神經(jīng)變性的潛在生物標(biāo)志物，它可能通過影響視網(wǎng)膜細胞的功能參與DR的發(fā)展，這一發(fā)現(xiàn)為視網(wǎng)膜神經(jīng)病變的靶向治療提供了思路。Liang等[18]通過生物信息學(xué)中的RNA測序和qRT-PCR確定了早期檢測DR的特異性循環(huán)miRNA生物標(biāo)記物，并驗證miRNA(hsa-let-7a-5p、hsa-miR-novelchr5_15976、hsa-miR-28-3p)在區(qū)分糖尿病伴DR與不伴DR患者中，其敏感性和特異性較強，同時推測這3個miRNA標(biāo)記物可以作為DR的非侵入性生物診斷標(biāo)記物。這一發(fā)現(xiàn)對內(nèi)分泌醫(yī)生及糖尿病患者提供了幫助，通過血清學(xué)基因標(biāo)記物提前篩選糖尿病患者眼部并發(fā)癥，這將有助于早期進行眼科醫(yī)生會診，從而發(fā)現(xiàn)DR病變并防止DR的進展。Pan等[19]研究中，通過生物信息學(xué)的方法篩選出增殖型DR與非增殖型DR血液樣本差異表達基因，并從中挑選了6個基因，并基于這6個基因的表達構(gòu)建了一個組合分子標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)這一標(biāo)記物可作為早期檢測糖尿病患者增殖型DR的潛在生物標(biāo)記物，可見生物信息學(xué)在眼科的應(yīng)用為相關(guān)研究的開展提供了便利。Trotta等[20]研究發(fā)現(xiàn)血清中的一些循環(huán)miRNA(hsa-miR-195-5p、hsa-miR-20a-5p、hsa-miR-20b-5p、hsa-miR-27b-3p和hsa-miR-451a)與視網(wǎng)膜內(nèi)高反射點之間的相關(guān)性，通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)這些miRNA與屬于“腫瘤壞死因子α信號”通路的靶基因相關(guān)聯(lián)，這些miRNA被證實為預(yù)后生物標(biāo)記物，這一發(fā)現(xiàn)對于DR預(yù)后判斷及探索潛在的藥理學(xué)靶點提供了幫助。通過生物信息學(xué)的方法將基因與具體的發(fā)病機制聯(lián)系起來，有利于探索疾病進展后相應(yīng)功能及解剖形態(tài)變化，這將為未來確定DR早期診斷標(biāo)記物提供幫助，同時有利于基因靶向藥物的研發(fā)，為治療DR提供了新思路。

2.2視網(wǎng)膜色素變性視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)是一組遺傳性眼病，屬于光感受器細胞及色素上皮營養(yǎng)不良性退行性病變。臨床上以夜盲、進行性視野縮小、色素性視網(wǎng)膜病變和光感受器功能不良為特征。RP具有遺傳異質(zhì)性和臨床異質(zhì)性，隨著基因組學(xué)的發(fā)展，越來越多的手段用于RP致病基因的篩查。周曉敏等[21]通過眼科基因芯片測序方法快速排除了RP常見候選基因，雖然未定位致病基因，但為進一步分析奠定了研究基礎(chǔ)。Dan等[22]通過生物信息學(xué)分析、Sanger測序的方法對中國76個無血緣關(guān)系的RP變異基因進行篩選，發(fā)現(xiàn)43個家族的15個基因中存在致病變異，基因測序的廣泛應(yīng)用進一步揭示了RP的發(fā)病機制。Ng等[23]通過全外顯子組測序分析發(fā)現(xiàn)了RP患者13個新的變異體，8個新的錯義變異體，且這些變異在不同物種中保持不變。Zhang等[24]通過全外顯子組測序發(fā)現(xiàn)SNRNP200的過度表達可能會導(dǎo)致視網(wǎng)膜受損，這一基因突變可能與RP發(fā)病機制相關(guān)。另有研究通過Sanger測序及PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)CYP4V2基因復(fù)合雜合突變與RP發(fā)病機制相關(guān)聯(lián)[25]。此外，二代測序技術(shù)(next-generation sequencing，NGS)的廣泛應(yīng)用在腫瘤臨床診斷及遺傳性疾病篩查中發(fā)揮著積極作用[26-27]。Carrigan等[28]使用NGS技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)SLC24A1等基因突變與RP相關(guān)。因此測序技術(shù)不僅是基因組學(xué)的重要研究手段和工具，也是驅(qū)動精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)得以實現(xiàn)的技術(shù)之一。因此，測序技術(shù)的迅速發(fā)展將為遺傳性視網(wǎng)膜疾病的早期診斷提供幫助，也可以使得更多的先天性疾病的發(fā)生被合理避免。

3生物信息學(xué)在青光眼疾病中的應(yīng)用

3.1青光眼早期階段青光眼早期主要表現(xiàn)為視野改變(鼻側(cè)階梯狀缺損，旁中心暗點，生理盲點擴大)、眼底改變(神經(jīng)纖維層局限性缺損，盤沿局限性切跡及視乳頭放射狀出血)及眼壓升高。早期青光眼臨床癥狀可能不明顯從而容易被患者忽視，如何早期發(fā)現(xiàn)青光眼，對于預(yù)防青光眼的發(fā)生發(fā)展非常重要。方娜[29]研究通過青光眼基因芯片進行生物信息學(xué)分析，篩選出與該疾病相關(guān)的DEGs，并對其進行功能注釋、通路分析和PPI網(wǎng)絡(luò)分析，最終篩選出5個關(guān)鍵基因(Alb、Ⅱ4、C3、Anxa1、Gnai2)，推測這5個關(guān)鍵基因通過補體及凝集途徑參與早期青光眼過程，這一生物信息學(xué)分析為探索青光眼發(fā)生、發(fā)展的分子機制提供了理論基礎(chǔ)。此外，劉靜坤等[30]通過生物信息學(xué)方法推測Tyrp1基因可能是青光眼早期高眼壓的生物學(xué)指標(biāo)，這為探索早期青光眼高眼壓對視乳頭損害的發(fā)病機制及相關(guān)通路提供了思路。Liao等[31]從GEO數(shù)據(jù)庫下載GSE2378基因表達庫對有青光眼和無青光眼供體的星形膠質(zhì)細胞進行分析，并經(jīng)過基因功能及富集分析，同時使用MSigDB檢測轉(zhuǎn)錄因子的潛在靶點，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些DEGs主要參與細胞表面、分子結(jié)合、蛋白質(zhì)活性變化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，涉及最重要的途徑是癌癥途徑。同時發(fā)現(xiàn)小分子萬古霉素可以模擬青光眼的細胞狀態(tài)，推測青光眼可能不僅由視神經(jīng)細胞病變本身引起，而且可能是由免疫力下降引起的感染所致，這一發(fā)現(xiàn)為青光眼的治療及靶向藥物的研究提供了新的突破。

3.2原發(fā)性開角型青光眼原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)是一種由于眼壓升高而致視盤、視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層損害，視野缺損的眼病，是不可逆性致盲性眼病之一[32]，由于多數(shù)患者早期可無任何自覺癥狀，常常到晚期視功能嚴重損害時才發(fā)現(xiàn)。Zhou等[33]利用生物信息學(xué)GEO數(shù)據(jù)庫篩選出DEGs，相互作用網(wǎng)絡(luò)由PPI網(wǎng)絡(luò)分析列出，通過Western-blot和RT-PCR加以驗證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腺苷A3受體的過度表達降低了小梁網(wǎng)組織的活力和遷移，但上調(diào)了細胞外基質(zhì)蛋白的表達，腺苷A3受體的過度表達可能會加重小梁網(wǎng)氧化應(yīng)激損傷，這一發(fā)現(xiàn)可能為POAG的發(fā)生、發(fā)展提供了分子理論基礎(chǔ)。Zhang等[34]使用GSE2378數(shù)據(jù)集對比青光眼患者及正常人視神經(jīng)組織基因，發(fā)現(xiàn)青光眼患者的3種基因(重組骨形態(tài)發(fā)生蛋白-1、杜氏肌營養(yǎng)不良癥基因、有絲分裂原誘導(dǎo)的GTP結(jié)合蛋白基因)表達較正常人降低，而這些基因參與某些重要代謝過程。Zhou等[35]利用GEO數(shù)據(jù)庫研究發(fā)現(xiàn)，POAG患者與健康對照者之間存在差異表達的lncRNAs及mRNAs。Vishal等[36]采用全基因組方法發(fā)現(xiàn)，MPP-7在小梁網(wǎng)細胞中大量表達，且在循環(huán)機械應(yīng)力下，小梁網(wǎng)中MPP-7顯著下調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)使得MPP-7成為POAG的一個新的候選基因。此外，也有研究證實肌纖蛋白(MYOC)基因過表達可能和小梁網(wǎng)細胞外基質(zhì)相結(jié)合，增加房水外流阻力，從而使得眼壓增高，導(dǎo)致POAG的發(fā)生[37]。這些基因在POAG的異常表達可引起小梁網(wǎng)的損害，提示可進一步分析更詳細的蛋白通路，從而阻斷該過程的發(fā)生，這也為POAG發(fā)病機制的研究提供了新的思路。

4生物信息學(xué)在白內(nèi)障疾病中的應(yīng)用

4.1先天性白內(nèi)障先天性白內(nèi)障是兒童視力障礙或失明的常見原因，具有遺傳異質(zhì)性和臨床異質(zhì)性。先天性白內(nèi)障是指出生前后即存在或出生后1a內(nèi)逐漸形成的先天性或發(fā)育障礙導(dǎo)致的白內(nèi)障。兒童視覺發(fā)育的關(guān)鍵時期是0～3歲，由于先天性白內(nèi)障發(fā)現(xiàn)較晚，是導(dǎo)致兒童失明和弱視的重要原因。Shao等[38]通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，免疫反應(yīng)、防御反應(yīng)可能在tudor結(jié)構(gòu)域-7缺陷所致先天性白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。Yuan等[39]通過外顯子組測序和Sanger測序在periaxin基因中發(fā)現(xiàn)了1個錯義突變體，該突變可能與先天性白內(nèi)障有關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)為先天性白內(nèi)障患者晶狀體發(fā)育異常的發(fā)生機制提供了理論基礎(chǔ)。Ma等[40]通過目標(biāo)基因的富集和Sanger測序鑒定先天性白內(nèi)障家族中的致病突變，發(fā)現(xiàn)先天性白內(nèi)障家族中GJA3基因發(fā)生重復(fù)雜合非同義突變。另有研究通過靶向外顯子測序發(fā)現(xiàn)先天性白內(nèi)障存在c.443C突變[41]及p.K228fs230X[42]突變，這為先天性白內(nèi)障的研究提供了遺傳分子依據(jù)，拓展了變異譜，有助于更好地理解先天性白內(nèi)障發(fā)病的分子機制。莊曉彤等[43]通過生物信息學(xué)方法對DNA和蛋白質(zhì)序列及空間結(jié)構(gòu)分析，探討先天性白內(nèi)障的可能發(fā)生機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRYGD基因堿基第452位插入GACT 4個堿基，發(fā)生了移碼突變，突變后等電點的變化影響晶狀體細胞內(nèi)的pH值，導(dǎo)致功能結(jié)構(gòu)域變短，蛋白質(zhì)內(nèi)部重復(fù)性變化，從而影響晶狀體蛋白功能，該突變?yōu)槭状螆蟮赖挠刹迦胪蛔円鹣忍煨园變?nèi)障的CRWD基因移碼突變。靶向外顯子組測序是一種快速、經(jīng)濟高效、高通量的基因篩選方法，可用于先天性白內(nèi)障的常規(guī)基因診斷，為研究其功能及其參與白內(nèi)障的發(fā)病機制提供了思路。

4.2糖皮質(zhì)激素性白內(nèi)障糖皮質(zhì)激素引起的白內(nèi)障多見于長期口服或滴用糖皮質(zhì)激素所致。白內(nèi)障的發(fā)生與用藥量和時間有密切關(guān)系，糖皮質(zhì)激素可通過促進晶狀體上皮細胞向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致后囊下白內(nèi)障的形成。閆楚凡等[44]關(guān)于糖皮質(zhì)激素性白內(nèi)障的生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，1μmol/L地塞米松可對人晶狀體上皮細胞株HLE-B3細胞的增生產(chǎn)生負性調(diào)控作用，而miR-15abc、miR-214、miR-23abc、miR-129-5p、miR-132和miR-24基因可能是糖皮質(zhì)激素作用的靶點，表明激素對晶狀體細胞增生的調(diào)控作用可能與濃度有關(guān)。此外，有研究表明，miR-29a可以靶向抑制糖皮質(zhì)激素受體mRNA的表達，同時其本身的表達量又依賴糖皮質(zhì)激素受體的激活，形成一個負反饋回路，這一特點在糖皮質(zhì)激素治療過程中有助于減緩糖皮質(zhì)激素受體水平的降低[45]，為糖皮質(zhì)激素性白內(nèi)障的治療提供了新思路。

5生物信息學(xué)在葡萄膜炎疾病中的應(yīng)用

Vogt-小柳原田綜合征(Vogt-Koyanagi-Harada syndrome，VKH綜合征)是一種涉及自身免疫的全葡萄炎疾病，主要影響全身黑色素細胞，包括眼睛、腦膜、耳朵、皮膚和頭發(fā)[46]，該綜合征中的葡萄膜炎主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的慢性肉芽腫性炎癥[47]。近些年，蛋白質(zhì)組學(xué)為識別參與正常和病理過程的分子提供了重要工具[48]。Mao等[49]使用無標(biāo)記蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究了活動性VKH綜合征患者中差異表達的膜蛋白，Western-blot技術(shù)用于驗證，蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果顯示活動性VKH綜合征患者CD4+T細胞中CD18和AKNA的表達顯著降低。張新橋等[50]研究通過生物信息學(xué)方法篩選出的差異表達的miRNA基因本體注釋(gene ontology analysis，GO)及 KEGG富集通路分析結(jié)果顯示，差異表達miRNA參與多種信號通路，其中 miR-106b、miR-130b等處于較為核心位置，而這些基因與一些風(fēng)濕免疫疾病相關(guān)聯(lián)，這進一步揭示了VKH綜合征與免疫疾病相關(guān)，研究具體的關(guān)聯(lián)基因為今后的治療拓展了思路。此外，可以通過生物信息學(xué)方法檢測VKH綜合征患者治療前后相應(yīng)基因的表達及轉(zhuǎn)錄情況，這將進一步揭示VKH綜合征的發(fā)病機制，但需要更多的臨床試驗加以驗證。

6生物信息學(xué)在翼狀胬肉疾病中的應(yīng)用

翼狀胬肉是一種常見的眼表疾病，受多種因素的影響。翼狀胬肉的病因尚不清楚，而遺傳因素和環(huán)境因素均是導(dǎo)致翼狀胬肉的原因。研究表明，除了紫外線暴露、風(fēng)塵等因素，TLR3表達、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)活化[51]也是翼狀胬肉發(fā)生的因素。此外，有研究發(fā)現(xiàn)RhoA/ROCK信號可以通過MRTF-A調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β1誘導(dǎo)的人翼狀胬肉成纖維細胞纖維化作用，這對翼狀胬肉的發(fā)生也起著一定的作用[52]。Jiang等[53]通過免疫沉淀測序、RNA測序和生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)N6-甲基腺苷修飾對翼狀胬肉的發(fā)育具有重要作用，這一發(fā)現(xiàn)可能成為未來翼狀胬肉治療的潛在新靶點。Xu等[54]基于生物信息學(xué)分析對翼狀胬肉功能基因進行鑒定，發(fā)現(xiàn)LINC00472在競爭性內(nèi)源性RNA網(wǎng)絡(luò)中可以通過調(diào)控PID FOXM1通路從而參與翼狀胬肉的發(fā)生發(fā)展。He等[55]采用微陣列及生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)TGF-β和表皮生長因子(EGF)可以通過miR-199a-3p/5p-DUSP5/MAP3K11軸誘導(dǎo)結(jié)膜上皮細胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。徐玉亭等[56]研究發(fā)現(xiàn)，miR-486-3p基因在翼狀胬肉組織中的相對表達量相對正常結(jié)膜組織明顯升高，通過生物信息學(xué)方法對其靶基因進行預(yù)測發(fā)現(xiàn)miR-486-3可能通過Axon guidance通路導(dǎo)致翼狀胬肉的新生血管異常。此外，Zhang等[57]通過基因表達薈萃分析發(fā)現(xiàn)翼狀胬肉和瞼板腺功能障礙數(shù)據(jù)集之間存在重疊DEGs，其在角質(zhì)化、細胞周期調(diào)節(jié)、細胞凋亡途徑中顯著富集，表明翼狀胬肉和瞼板腺功能障礙具有共同基因特征，角質(zhì)化相關(guān)通路可能在這兩種疾病的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。上述生物信息學(xué)分析有助于對翼狀胬肉相關(guān)基因進行進一步蛋白通路分析，為進一步開展的關(guān)于翼狀胬肉的研究奠定了基礎(chǔ)。

7展望與小結(jié)

目前，生物信息學(xué)通過對疾病組織和正常組織進行DEGs篩選，并對其進行功能注釋信號通路分析和PPI網(wǎng)絡(luò)分析，從而揭示疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后的分子機制。通過生物信息學(xué)研究，眼科疾病中越來越多的靶向基因被發(fā)現(xiàn)，如非編碼RNA可作為年齡相關(guān)性黃斑變性(ARMD)生物標(biāo)志物和治療靶點，有益于未來靶向藥物的研發(fā)[58]；同時，越來越多的眼科疾病發(fā)病過程中所涉及的信號通路及代謝改變被發(fā)現(xiàn)[1，30，44，56]，利用生物信息學(xué)方法富集出差異表達基因的功能及代謝通路，了解眼科疾病狀態(tài)下基因表達高低所調(diào)節(jié)的功能改變方向，有利于更精準(zhǔn)地分析疾病發(fā)生過程中所涉及的異常信號傳導(dǎo)通路。雖然生物信息學(xué)為實驗研究提供了簡單快捷的方法，有助于從基因及蛋白質(zhì)層面研究生命的本質(zhì)，但是目前仍然存在諸多不足：(1)由于不同的軟件或數(shù)據(jù)庫會得出不同的研究結(jié)果，很難評估研究結(jié)果的準(zhǔn)確性及優(yōu)缺點；(2)蛋白質(zhì)或RNA的高級結(jié)構(gòu)很難預(yù)測，多數(shù)方法只能分析一對蛋白質(zhì)是否相互作用，只有一小部分方法能夠精確構(gòu)建其三元結(jié)合復(fù)合物；(3)一些陰性數(shù)據(jù)可能被忽視或丟棄，而沒有被收集到公共存儲庫中，這可能出現(xiàn)假陰性的概率[59]，故生物信息學(xué)所研究的結(jié)果可能并不能完全反映真實信息。生物信息學(xué)并不是萬能的，在探索的道路上還有很多盲區(qū)，需要大量研究去證實，未來可通過公開及融合多種數(shù)據(jù)資源，部署高性能計算模型去構(gòu)建更有效的生物信息學(xué)在線預(yù)測平臺。此外，如何利用生物標(biāo)志物系統(tǒng)性研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的相互作用也依然是個挑戰(zhàn)[60]，因此，未來也需要從多分子層面出發(fā)，了解基因、mRNA、蛋白質(zhì)和小分子之間的相互作用，從而更好地探索眼科疾病的發(fā)病機制[61]。

綜上所述，生物信息學(xué)技術(shù)在眼科疾病應(yīng)用廣泛，特別體現(xiàn)在相應(yīng)眼科疾病靶基因和早期診斷標(biāo)志物的篩選上，相應(yīng)疾病由于早期癥狀不明顯，往往不利于疾病的發(fā)現(xiàn)，而在這些癥狀出現(xiàn)前，體內(nèi)的一些信號通路可能在相關(guān)基因驅(qū)動下已表現(xiàn)出異常。因此，可以首先對某疾病進行生物信息學(xué)分析，在明確有關(guān)靶基因的表達情況、相應(yīng)蛋白通路后，先做理論推測，再行實驗驗證，最終應(yīng)用到臨床實踐。此外，生物信息技術(shù)還有利于靶向藥物的精準(zhǔn)給藥，從而降低藥物的無效使用及藥物毒副作用，使得基因組科技成果能夠更好地服務(wù)于精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實踐。