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心肌病(CVD)是指伴有心肌功能障礙的心肌疾病。這類心血管疾病各個國家中一直是罹病死亡的主要因素,在2005年在全世界約有30%的死亡人數(1700百萬)離病死亡。新聞常常看到有青壯年發生心臟性猝死。這些情況常常是突發的心悸、暈倒之後休克,較嚴重的可能會無預警的猝死;但是病患在平常是很難被診斷出來的。單光在歐洲,就有48%的人死於心血管疾病,也造成23%的醫療負擔。儘管現代醫療管理方面進步,像是CVD的預後、致病機制研究和尋找潛在治療方法仍非常重要。

 

CVD常常伴隨著高血壓、高類固醇和抽煙等危險因子,但是這些因子僅和部分遺傳疾病類型有關。於是開始有人將研究CVD發展機制的希望轉向遺傳學和基因體學,希望可以找到其他致病的相關因子。只是上述因子相互影響而無法確認相互關係。其中比較困難的是在一些家族遺傳疾病中所發現的對應遺傳證據也不一定和其臨近基因有直接的關係,更不用說去釐清遺傳因子和環境因子的相互影響的關係。  

先天性心臟缺陷不一定會有症狀,但是相關基因的表現會在早期心臟發育時就已經介入。這些基因的產物可能是轉錄因子、訊號傳遞元素或是結構性蛋白。人出生時最容易有的缺陷是心臟發育缺陷。最大的問題是發育時的缺陷並不會讓胎兒有明顯的表徵,但是卻細微地損害正常的心臟功能或是壓力調適能力,並且構成晚發性CVD疾病的潛在因子。

在研究基因體變異方面,GWAS透過不偏性的SNP microarray(數百萬的SNP)及大量的檢體,常用來研究像是心肌病或是其他類似的複雜疾病,因此這類方法的研究較能夠發現基因體內尚未被注意到的變異。GWAS方法本身是設計來尋找全體間共通的遺傳變異;但是有不少疾病它是由數個不同的低頻率變異(rare variation)所造成的,這些少數的變異能夠引起嚴重的病變,只是這些變異常被GWAS忽略掉。近來透過偵測SNP的數量增加以及搭配不同疾病同時混合分析,上述的GWAS缺點已經有被彌補了。除此之外科學家也發現GWAS搭配NGS re-sequencing可以提供一個更完備的診斷途徑。

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遺傳性心臟疾病可以分成兩類:心肌症cardiomyopathy和離子通道缺陷channelopathy。心肌症中肥厚性心肌症Hypertrophic Cardiomyopathy和心律失常性右心室心肌病變Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy的患者心肌有結構性改變,但是像離子通道缺陷long QTBrugada氏症候群卻是正常的,主要是會造成心律不整或是心臟猝死。

雖然NGSGWAS的效益高,不過缺乏減化數據和穩定的分析方式,不適合應用在臨床。但是BGS提供一個新的方式來診斷像是肥厚性心肌症(HCM)、擴張型心肌症(DCM)等疾病。Dame在實驗室裡先用Long-Range PCR放大16個基因,再分別用Illumina GAIIRoche 454來對未知病患來診斷肥厚性心肌症。另外也有科學家用NGS來診斷由粒線體DNA造成的母系遺傳性心肌症。

最近也有人用NGS針對單一一個sarcomere蛋白(titin,TTN)來做缺失性變異的檢驗,TTN損壞型的突變容易造成擴張型心肌症(DCM)。該作者認為用NGS來偵測TTN損壞幫助擴張型心肌症病患進行早期診斷和介入治療。RNA-seq部分則有科學家也有人用肥厚性心肌症的模式轉植鼠(Gαq)來定序,再和microarray比較,發現他的偵測基因表現量的動態範圍和專一性比microarray要來的高。

離子通道缺陷型的心肌症像是Brugada syndromeLong QT syndrome也都有各自獨特的變異分布。有研究顯示LQTS和鈉鉀離子通道的變異有關聯,而且大多變異都集中在13個固定的基因中。另外Brugada syndrome的基因體變異則常和其中的7個基因有關,約有18%~30%的病例和鈉離子通道的α subunit的序列突變有關。

冠狀動脈疾病(CAD)在開發中國家也是名列前茅的致死因素。各個病例中估計有30%~60%和遺傳因子有關。遺傳性的血脂異常(dyslipidemia)常會導致CAD,但是CAD自己的遺傳因子卻不好找。最近GWAS的研究已經有找到一些和CAD有關的SNP,這些SNP彼此之間的關聯性也很高,形成一個個群聚的區域。利用NGS來對GWAS所找到的特定區域來定序並且分析,會是一個實用並且超強的診斷方式。

隨著定序成本快速的下降,我們將會從exomes的分析轉移到genome的分析,使我們可以研究更多控制基因轉錄、剪接和轉錄的遺傳變異。雖然這些技術仍有瓶頸在,但是大部份的困難都會一一被克服。例如透過改進與人類有類似生理條件的模式動物和模式細胞(像是豬等大型動物或是從病患取得的誘導性多功能幹細胞iPS)可以用來克服研究有遺傳問題的心肌樣品不足的限制。可以確定的是不論是孟德爾性狀或是複合性狀變異的研究將會讓我們對致病機制有更深的瞭解並且促進在診斷、預防策略和標靶治療等方面有更好的發展。

 

 

References:

Faita F, Vecoli C, Foffa I, Andreassi MG., World J Cardiol. 2012 Oct 26;4(10):288-95. doi: 10.4330/wjc.v4.i10.288, Next generation sequencing in cardiovascular diseases.

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Ware JS, John S, Roberts AM, Buchan R, Gong S, Peters NS, Robinson DO, Lucassen A, Behr ER, Cook SA., J Cardiovasc Transl Res. 2012 Sep 7., NGS Cardiovascular Diagnostics: Long-QT Genes Sequenced – A Potential Replacement for Molecular Pathology

 

 

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