HSP70家族基因及BAG共伴侣蛋白遗传变异与缺血性脑卒中易感性和临床特征的关联研究

《International Journal of Molecular Sciences》：Combining Ligand- and Structure-Based Approaches to Develop Haloacetamide-Derived Di(hetero)arylmethanes as Potential Anticancer Agents

　　

摘要：热休克蛋白70（HSP70）家族成员及其共伴侣蛋白参与细胞应激反应、蛋白质稳态、凋亡、炎症和线粒体功能等与缺血性脑卒中（IS）相关的病理过程。研究人员分析了HSP70家族基因和BAG共伴侣蛋白的遗传变异与IS易感性、临床特征及基因表达之间的关联。在768例IS患者和794例对照中分析了23个单核苷酸多态性（SNPs）。功能注释包括表达数量性状位点（eQTL）资源、蛋白质-蛋白质相互作用分析，以及从19例患者在急性IS期和第7天配对外周血转录组进行的靶向基因型-表达分析。在全队列中，HSPA1L基因的rs2227956变异和BAG2基因的rs7749960变异与IS风险降低相关。HSPA1L的rs2227956和rs2075799、HSPA6的rs753856、BAG1的rs706121、BAG2的rs7749960以及BAG3的rs196329等变异与特定亚组的IS风险相关。其他变异与IS发病年龄、血脂水平、凝血参数、体重指数和IS发作次数相关联。功能分析将相关位点与动脉粥样硬化、炎症、凋亡、氧化应激、自噬、线粒体功能障碍和血管生成等通路联系起来。转录组学分析发现，急性IS期HSPA1A的rs1043618与C4B表达相关，第7天则与DDR1表达相关；而HSPA9的rs1042665与HSPA9表达的基因型依赖性变化相关。这些发现支持HSP70相关遗传变异在IS易感性、临床异质性和阶段特异性基因表达差异中的作用。

研究背景与科学问题

缺血性脑卒中（ischemic stroke, IS）是全球范围内导致死亡和长期残疾的主要原因之一，其发病机制涉及兴奋性毒性、氧化应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡等一系列复杂的病理生理级联反应。细胞蛋白质稳态的破坏在缺血性神经元损伤及抗缺血损伤机制中均发挥重要作用。分子伴侣（molecular chaperones, MCs）作为蛋白质质量控制系统的核心组分，在IS中通过防止缺血缺氧应激下变性蛋白的聚集、促进新生多肽折叠和受损蛋白重折叠，发挥神经保护作用。其中，热休克蛋白70（HSP70）家族因其在细胞应激反应和血管稳态中的关键作用而备受关注。HSP70蛋白通过调节核因子-κB（NF-κB）激活、内皮型一氧化氮合酶活性、细胞因子分泌和凋亡等多种机制调控炎症反应和内皮功能，参与动脉粥样硬化和IS相关的血管病理过程。然而，尽管大量分子和实验证据表明HSP70蛋白参与IS和缺血性脑损伤，HSP70家族基因及其共伴侣蛋白的遗传变异对IS的贡献仍缺乏系统表征。因此，开展一项全面分析HSP70家族基因及其共伴侣蛋白编码基因的遗传变异与IS易感性和临床特征关联的研究具有重要意义。

研究设计与主要结论

研究人员开展了一项包含768例IS患者和794例对照的大规模病例-对照研究，系统分析了HSP70家族基因（HSPA1A、HSPA1L、HSPA2、HSPA4、HSPA5、HSPA6、HSPA9、HSPA14）和HSP70相关共伴侣蛋白基因（BAG1、BAG2、BAG3、BAG4、BAG5）中23个单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphisms, SNPs）与IS风险及临床特征的关联。研究发现多个变异与IS易感性、发病年龄、血脂水平、凝血参数和体重指数等相关，并通过功能注释揭示了这些变异的潜在分子机制。该研究首次提供了HSP70相关遗传变异影响IS易感性和临床表型的综合证据，为将这些位点作为疾病风险、预后和缺血损伤分子反应的生物标志物进行进一步研究奠定了基础。

关键技术方法

研究人员采用的主要技术方法包括：1）基于俄罗斯中部人群的病例-对照研究设计，纳入768例经计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）确诊的急性期IS患者和794名健康对照者，样本来自库尔斯克州立医科大学伦理委员会批准的两次招募周期；2）采用TaqMan探针技术和iPLEX技术在MassARRAY 4系统上进行基因分型；3）利用PLINK软件在加性遗传模型下进行logistic回归分析评估SNPs与IS风险的关联，采用自适应置换检验进行多重检验校正；4）利用eQTLGen联盟数据库和GTEx门户网站进行表达数量性状位点（eQTL）分析；5）利用STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析；6）对19例IS患者急性期（24小时内）和第7天的配对全血RNA-seq样本进行靶向基因型-表达分析。

研究结果

2.1 HSP70相关SNPs与缺血性脑卒中风险的关联

在全队列中，HSPA1L的rs2227956 G等位基因（OR=0.66, 95%CI 0.53-0.83, p_perm=0.0004）和BAG2的rs7749960 A等位基因（OR=0.72, 95%CI 0.56-0.92, p_perm=0.01）与IS风险降低相关。性别分层分析显示，男性中rs2227956 G等位基因和rs7749960 A等位基因与风险降低相关，而rs2075799 T等位基因和rs706121 C等位基因与风险增加相关；女性中rs753856 G等位基因与风险降低相关。吸烟分层分析显示，吸烟者中rs7749960 A等位基因与非吸烟者中rs2227956 G等位基因分别与风险降低相关。体力活动和果蔬摄入分层分析也发现了多个显著关联。

2.2 HSP70相关SNPs与缺血性脑卒中患者临床和生化特征的关联

两个HSPA4变异（rs4616886和rs11749966）与IS发病年龄相关；rs13161158与凝血酶原时间（PT）相关；HSPA1L的rs2075799与国际标准化比值（INR）相关；HSPA9的rs1042665与IS发作次数相关；BAG1的rs706121与发病年龄相关；BAG3的rs2234962与体重指数（BMI）相关，rs196329与甘油三酯和总胆固醇水平相关。亚组分析还发现了rs13161158和rs4616886与不同生活方式因素分层下的多项临床参数的关联。

2.3 PPI分析

STRING数据库的蛋白质-蛋白质相互作用分析揭示了HSPA1L、HSPA4、HSPA6、BAG1、BAG2和BAG3六个蛋白的功能网络。关键互作伙伴包括参与分子伴侣功能和蛋白质稳态维持的蛋白（如HSPA8、HSP90AA1、HSP90AB1、STIP1、STUB1、HSPBP1和DNAJ共伴侣蛋白家族成员），以及参与凋亡和应激反应信号调控的蛋白（如BCL2、MAPK8、MAPK9和TLR2）。

2.4 IS相关变异的功能注释和基因型-表达关联

eQTL分析显示，HSPA1L的rs2227956和rs2075799在外周血中具有广泛的反式eQTL效应，与主要组织相容性复合体（MHC）区域多个基因的表达相关。其他变异也表现出组织特异性的eQTL效应。靶向RNA-seq分析发现，急性IS期rs1043618与C4B表达正相关，第7天与DDR1表达负相关；rs1042665与HSPA9表达的基因型依赖性纵向变化相关。

讨论与结论总结

讨论部分指出，这是首个全面调查HSP70家族基因及其共伴侣蛋白遗传变异与IS风险和临床特征关联的研究。研究发现多个变异与IS风险相关，且部分关联在性别和生活方式因素分层的亚组中存在差异。功能分析表明，这些IS相关变异与广泛的基因表达差异有关，涉及的基因参与了动脉粥样硬化、炎症、细胞存活与凋亡、自噬、线粒体功能障碍、氧化应激、兴奋性毒性和血管生成等与IS相关的生物学过程。特别是HSPA1L变异位于MHC区域，其广泛的eQTL效应可能通过影响血管、炎症、蛋白质稳态和线粒体通路而非仅改变HSPA1L自身表达来发挥作用。研究结论指出，本研究提供了HSP70相关遗传变异在IS易感性和临床表型中潜在作用的证据，并为进一步研究这些位点作为疾病风险、预后和缺血损伤分子反应的生物标志物奠定了基础，但这些发现需要在更大规模的独立队列中进行验证。