プラズマ小RNAシーケンスに基づく急性心筋梗塞の診断および予後評価のための循環マイクロRNAのグローバル監視
血漿小RNAシーケンスに基づく急性心筋梗塞の診断および予後評価のための循環microRNAのグローバル監視研究
学術的背景
急性心筋梗塞（Acute Myocardial Infarction, AMI）は、世界的に人間の死亡と発病の主要な原因である最も深刻な心血管疾患の一つです。AMIの病理学的メカニズムは、主に冠動脈のアテローム性プラークの破裂または内皮の侵食による心筋虚血と壊死です。AMIは通常、ST上昇型心筋梗塞（ST-segment Elevated Myocardial Infarction, STEMI）と非ST上昇型心筋梗塞（Non-ST-segment Elevated Myocardial Infarction, NSTEMI）に分類されます。AMIの早期かつ正確な診断は、再灌流療法を迅速に開始し、心臓死や心不全などの有害事象を減らすために極めて重要です。
従来のAMI診断は、クレアチンキナーゼアイソザイム（CK-MB）、血清ミオグロビン（Myo）、心筋トロポニン（cTnI, cTnT）などのバイオマーカーに依存しています。しかし、これらのマーカーは特異性が不十分であるか、症状の発現から血液中で診断レベルに達するまでに比較的長い時間を要するという問題があります。そのため、より良い時間効率、診断感度、および特異性を持つ新しいバイオマーカーの探索が研究の焦点となっています。
近年、循環microRNA（miRNA）は、非侵襲的なバイオマーカーとして心血管疾患の診断および予後における応用が注目されています。miRNAは、約22ヌクレオチドの長さを持つ小さなRNA分子であり、血漿中で異常に安定しているという特徴があります。これは、エクソソーム、マイクロベシクル、アポトーシス小体などの微小粒子や、Argonaute2などのRNA結合タンパク質、または高密度リポタンパク質（HDL）複合体との結合によるもので、血漿中のRNaseによる分解を防ぎます。さらに、AMI患者の血漿中のmiRNAは、cTnIよりも迅速に上昇するため、早期診断マーカーとしての潜在的な価値を持っています。
これまでの研究では、miR-208a、miR-499、miR-1、miR-133などのmiRNAがAMI患者の血漿中で有意に上昇することが示されていますが、これらの研究結果は独立した研究間で矛盾や不一致が見られます。そのため、健康な人々、AMI患者、および再灌流治療を受けた患者の循環miRNAをトランスクリプトームレベルでグローバルに監視し、これらの集団間のmiRNAの差異および心筋梗塞と再灌流プロセス中の動的変化を明らかにすることが急務です。
研究の出所
本研究は、Xiaomin Wang、Yaojun Lu、Ruiping Zhao、Bing Zhu、Jian Liuらによって共同で行われ、彼らは包頭市中心医院と温州医科大学第一附属医院に所属しています。この研究は2024年に「Biomarker Research」誌に掲載され、タイトルは「血漿小RNAシーケンスに基づく急性心筋梗塞の診断および予後評価のための循環microRNAのグローバル監視」です。
研究のプロセスと結果
研究のプロセス
研究対象とサンプル収集
研究では、2018年11月から2019年4月までに「胸痛」を主訴として包頭市中心医院心臓内科を受診した患者を対象としました。研究対象は3つのグループに分けられました：健康対照群（27人）、AMI患者群（64人、STEMI 37人、NSTEMI 27人）、および再灌流治療を受けたAMI患者群（20人）。すべてのAMI患者は、症状発現後48時間以内に入院し、静脈内血栓溶解療法または抗凝固療法を受けた患者は除外されました。健康対照群は、重篤または未制御の疾患、悪性腫瘍、感染症の既往歴を持つ個体を除外しました。RNA抽出とシーケンス
各血漿サンプルから総RNAを抽出し、miRNeasy Micro Kit（Qiagen）を使用してRNA抽出を行い、Agilent 2100 Bioanalyzerを使用してRNAの品質と濃度を評価しました。その後、TruSeq Small RNA Sample Prep Kit（Illumina）を使用して小RNAライブラリを構築し、Illumina HiSeq2500プラットフォームでシングルエンドシーケンスを行い、各サンプルのシーケンス深度は20M readsでした。miRNAの定量と差異分析
miRDeep2ソフトウェアを使用してシーケンスデータをヒトゲノム（hg19）にマッピングし、DESeq2ソフトウェアを使用してmiRNAレベルの正規化と差異分析を行いました。差異発現miRNAは、調整p値が0.05未満かつ発現レベルが少なくとも2倍変化（|log2FoldChange|>1）する基準でフィルタリングされました。診断miRNAのスクリーニングと機能分析
ROC曲線分析を使用してすべての検出されたmiRNAの診断性能を評価し、LASSO（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator）を使用して次元削減を行い、最適な診断miRNAの組み合わせをスクリーニングしました。さらに、miRNAとcTnIレベルの相関関係を分析し、KEGG経路エンリッチメント分析を使用してこれらのmiRNAの機能を探りました。予後miRNAのスクリーニング
AMIおよび再灌流患者に対して5年間のフォローアップを行い、Cox回帰モデル、ROC曲線、およびKaplan-Meier曲線を使用して循環miRNAの予後価値を評価しました。
主な結果
miRNAトランスクリプトームの差異
研究では、1659の既知の成熟miRNAが検出され、そのうち288のmiRNAがAMI患者と健康対照群の間で有意な差異を示しました。これには58のアップレギュレーションmiRNAと230のダウンレギュレーションmiRNAが含まれます。さらに、再灌流治療後のmiRNA発現パターンはAMI患者と比較して有意に変化しました。診断miRNAのスクリーニング
ROC曲線分析により、40の高診断性能miRNA（AUC>0.85）がスクリーニングされ、そのうち32はAMI患者でアップレギュレーションされ、8つはダウンレギュレーションされました。これらのmiRNAの中で、miR-296-5pが最も優れた診断性能を示し、AUCは0.983でした。LASSO次元削減により、最終的にmiR-296-5pとmiR-660-3pからなる診断モデルが選択され、そのAUCは発見コホートで0.998、検証コホートで0.90でした。miRNAとcTnIの相関関係
29のmiRNAが血漿cTnIレベルと有意に関連しており、そのうち20は高診断性能miRNAと重複していました。これらのmiRNAは、HIF-1シグナル経路、AMPKシグナル経路、流体せん断応力とアテローム性動脈硬化などの経路で有意にエンリッチされていました。予後miRNAのスクリーニング
Cox回帰分析により、18の生存関連miRNAがスクリーニングされ、そのうちmiR-548ap-5pとmiR-4716-3pはKaplan-Meier曲線で有意な予後価値を示しました。
結論と意義
本研究は、トランスクリプトームレベルでAMIの診断および予後バイオマーカーのグローバル監視を初めて行い、潜在的な診断および予後価値を持つmiRNAのセットを発見しました。これらのmiRNAは、AMI患者と健康な個体を効果的に区別できるだけでなく、心筋梗塞の病理学的メカニズムと細胞の低酸素に対する転写およびエネルギー代謝反応を反映しています。研究結果は、AMIの早期診断および予後評価のための新しいバイオマーカーを提供し、重要な科学的および応用的価値を持っています。
研究のハイライト
- グローバル監視：AMI患者、再灌流治療患者、および健康な個体の循環miRNAをトランスクリプトームレベルで初めてグローバルに監視し、AMI診断および予後におけるmiRNAの潜在的な価値を明らかにしました。
- 高診断性能miRNA：40の高診断性能miRNAをスクリーニングし、そのうちmiR-296-5pとmiR-660-3pからなる診断モデルは、発見および検証コホートで優れた診断性能を示しました。
- 予後miRNA：長期フォローアップを通じて、miR-548ap-5pとmiR-4716-3pをAMIの潜在的な予後マーカーとして特定しました。
- 経路エンリッチメント分析：これらのmiRNAがHIF-1シグナル経路、AMPKシグナル経路、流体せん断応力とアテローム性動脈硬化などの経路で有意にエンリッチされていることを発見し、AMIの病理学的メカニズムにおける役割をさらに明らかにしました。
その他の価値ある情報
本研究では、年齢および心拍状態がmiRNA診断性能に与える影響も検討し、これらの要因が診断モデルの予測性能に有意な影響を与えないことを発見しました。さらに、研究ではすべての高品質シーケンスデータのNCBIシーケンスリードアーカイブ（SRA）アクセス番号を提供しており、今後の研究の検証および拡張に役立ちます。
まとめ
本研究は、循環miRNAのグローバル監視を通じて、潜在的な診断および予後価値を持つmiRNAのセットを発見し、AMIの早期診断および予後評価のための新しいバイオマーカーを提供しました。これらの発見は、重要な科学的意義を持つだけでなく、臨床実践において新しいツールと視点を提供します。