自发性偏头痛发作期间基因表达谱的变化

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598- 021- 87503- 5

摘要-总结 基因表达随环境和内源性事件而波动，因此我们假设在自发性偏头痛发作期间和发作间期存在偏头痛特异性的RNA表达变化。

27例偏头痛患者在自发性偏头痛发作期间接受了评估，包括头痛特征及治疗效果。

RNA测序数据在基因水平（差异表达分析）和网络水平上进行了分析，并整合了基因组和转录组数据。

在排除非偏头痛特异性基因后，我们发现在"发作"和"治疗后"之间存在29个差异表达基因，这些基因参与脂肪酸氧化、信号通路和免疫相关通路。

我们独到地研究了偏头痛发作期间个体内基因表达的变化。

我们揭示了可能参与偏头痛病理生理学和/或偏头痛治疗的相关基因和通路。

扩展摘要：我们的研究提示了多个参与偏头痛病理生理学和/或舒马曲坦治疗的分子机制，包括线粒体、Notch信号通路、离子通道、免疫系统的重要作用，以及既往发现的血小板异常。

引言 少数基因表达研究表明偏头痛患者在发作间期与健康对照存在差异[76–78]，但这些研究为探索性研究，经多重检验校正后，我们最近证实发作间期并无显著差异[79]。

仅有一项研究调查了偏头痛发作期间的基因表达[80]。该研究将发作期间的偏头痛患者与健康对照进行比较，但由于个体间基因表达变异性巨大，该设计并非最优。

鉴于该研究设计，无法以合理精度确定基因表达改变是由于发作所致还是其他临床特征所致，尽管一些有趣发现（如血小板相关基因表达改变）支持进一步研究偏头痛的RNA表达。

我们在此研究了偏头痛发作（持续4至72小时）期间个体内基因表达的变化，这使得配对样本设计成为可能。本研究的特定目标是通过RNA测序研究偏头痛患者在偏头痛发作期间、急性药物治疗2小时后及发作间期的基因表达谱。

2 机制

方法 差异基因表达分析采用配对样本设计，每次提取两个时间点的样本。

为利用时间设计，我们进行了似然比检验，完整模型包含"时间"作为协变量，纳入发作期间（A）、治疗后（B）和无头痛（C）的样本，简化模型则省略"时间"协变量。

绘制两个子网络（发作期间vs治疗后，以及无头痛vs冷加压试验后）中聚类基因的重叠图，生成一条S形曲线，然后选取切换点以确保聚类评分优化的平衡。

初步分析中，"发作期间"与"无头痛"之间未发现显著差异表达基因，表明在该样本量下，我们在较长时间范围内检测变化的能力不足。

结果 虽然皮质醇水平在治疗后无显著下降，但我们发现一个差异表达基因与皮质醇水平显著相关：DDIT4（r = 0.78，Padj = 9.11 × 10–10）。

我们未在该通路内观察到整体差异表达（p = 0.62），但有一个基因显著差异表达：BRAF（p = 3.79 × 10–4）。

如果偏头痛发作期间的基因互作变化（从"发作期间"网络[A]到"治疗后"网络[B]）导致基于基因本体（GO）富集的通路组成发生显著变化，我们认为这些通路受偏头痛发作或其治疗的影响或与之交互。

在偏头痛GWAS风险变异靶向的41个基因中，24个存在于差异网络中，例如聚类9中的ECM1和MPPED2，在发作期间（A）GO富集为"参与感觉感知的刺激检测"。

讨论 利用RNA测序，我们研究了偏头痛发作期间基因表达的变化，揭示了可能参与偏头痛潜在机制的相关基因和通路。

在偏头痛发作期间经舒马曲坦治疗后上调和下调的基因中，包括参与脂肪酸氧化的基因（CPT1A、SLC25A20和ETFDH）、Notch信号通路等信号通路基因（MAML2、ADAM15和ADAM17）以及免疫相关通路基因（CARD9、SH2D2A、CD300C）。

我们证明配对样本设计具有揭示偏头痛发作及其治疗相关分子机制的能力，且冷加压试验重要的是排除了由一般应激/疼痛反应引起的变化。

我们的研究提示了多个参与偏头痛病理生理学和/或舒马曲坦治疗的分子机制，包括线粒体、Notch信号通路、离子通道、免疫系统的重要作用，以及既往发现的血小板异常。

2.1 遗传学

致谢 本摘要基于Kogelman, Lisette J. A.; Falkenberg, Katrine; Buil, Alfonso; Erola, Pau; Courraud, Julie; Laursen, Susan Svane; Michoel, Tom; Olesen, Jes; Hansen, Thomas F. 2021年发表于Scientific Reports的工作由机器生成。

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