近日，美国医学会杂志The Journal of the American Medical Association发表了一篇名为《Novel Association of the NOTCH Pathway Regulator MIB1 Gene With the Development of Bicuspid Aortic Valve》的文章，指出MIB1基因与二叶主动脉瓣相关。
二叶主动脉瓣（Bicuspid aortic valve，BAV）是一种遗传性疾病，也是最常见的一种先天性心脏瓣膜缺陷。当家族中有人患病，其一级亲属受累的风险会增加10倍。BAV主要表现为显性遗传特征且外显率不全，在男性个体中患病率较高。NOTCH通路是一种进化上保守的细胞-细胞通讯信号通路，参与多种发育过程，已知与BAV有关。当NOTCH信号通路遭受破坏时，可能导致人类和小鼠出现主动脉瓣疾病。而MIB1基因编码一种重要的E3-泛素连接酶，可诱导NOTCH配体的泛素化和内吞作用。该文章的研究结果表明MIB1基因在二叶主动脉瓣病理生理过程中发挥作用，并将NOTCH通路确定为二叶主动脉瓣治疗的潜在靶点。
研究关键点
问题
哪些基因与二叶主动脉瓣（BAV）的发育相关？
发现
在这项针对938名患者的遗传关联研究中，通过整合人类遗传学方法，从家系共分离开始，进行罕见和常见变异的分析，成功地鉴定出MIB1基因。MIB1基因是NOTCH配体信号传导的重要调节因子，是人类BAV发育的一个潜在新基因。这些数据得到了小鼠模型的进一步支持，携带人类MIB1基因变异的小鼠表现为BAV。
意义
这些发现表明MIB1基因在BAV病理生理过程中发挥作用，并将NOTCH通路确定为BAV治疗的潜在靶点。
研究结果
本研究共纳入938名二叶主动脉瓣（BAV）患者：发现队列中有69名（7.4％），重复队列1中有417名（44.5％），重复队列2中有452名（48.2％）。平均（标准差）年龄为49.8（14.2）岁。
MIB1基因被鉴定为主要候选基因。除了遗传发现之外，该研究的选择多基于文献数据：（1）MIB1基因在NOTCH通路中起作用；（2）MIB1基因失活的小鼠模型具有BAV；（3）所鉴定的变异之前在各种先天性心脏瓣膜缺陷表型中被发现，包括左室心肌致密化不全（LVNC）。在该研究的谱系中，携带MIB1基因变异的先证者具有复杂的表型，结合了BAV和心肌隐窝。心肌隐窝在表型正常的心肌病基因变异携带者中的患病率较高。见图1。
该研究考虑了MIB1基因座上的常见SNVs（图2），使用具有错误发现率校正的逻辑回归模型进行了多重比较，检测到了5个非编码SNVs的关联，其中4个位于编码区或内含子区（图2A）。连锁不平衡（LD）评估表明，所有5个SNVs都是划定的LD区块的一部分，D'（LD系数）为1，表明这些SNVs之间存在高连锁不平衡（图2B）。LD分析显示出两个区块：一个包含SNVs 1、2和5（rs7241299、rs79023008、rs11083391），另一个包含SNVs 3和4（rs1893384、rs3017041）。
通过人类遗传学和功能分析，该研究确定MIB1基因是一种与人类非综合征二叶主动脉瓣（Nonsyndromic bicuspid aortic valve，nsBAV)相关的新基因，研究队列中大约2%的BAV指标病例携带相关变异。在研究中还发现了其他潜在的候选基因，其中一个主要候选基因是JAG1，另一个是NOTCH1通路基因，也是心脏发育过程中MIB1基因的关键底物。有趣的是，在早期瓣膜发育过程中，DLL4和JAG1都在瓣膜内膜中表达；而在后期，只有JAG1在主动脉瓣内膜中表达。这3种配体在正常情况下依赖于MIB1基因作为NOTCH信号激活的配体。
图1. 非综合征二叶主动脉瓣（nsBAV）中MIB1基因罕见变异
A：携带MIB1 p.V943F变异并具有瓣膜和心肌结合表型患者的心脏磁共振成像（MRI），矢状切面显示左心室游离壁中的心肌隐窝。
B：同一研究的矢状切面，显示二叶主动脉瓣（BAV）。
C：图形表示MIB1结构域以及已鉴定的MIB1变异的位置，星号表示无义变异。
D：绘制了BAV变异的MIB1的AlphaFold模型（DeepMind）。该模型呈现为卡通式（以彩虹色比例从N-端的蓝色到C-端的红色），并以球棒式格式呈现BAV变异的位置。
E：系统发育分析显示该氨基酸高度种间保守性。ANK表示锚蛋白重复序列1-9；MZM表示MIB-Herc2结构域1 + ZZ指环域 + MIB-Herc2结构域2；REP表示MIB重复序列1和2；RNG表示环状域1至3。
图2. 与二叶主动脉瓣（BAV）相关的MIB1基因常见单核苷酸变异（SNVs）
A：MIB1基因座中的单核苷酸变异（SNVs）。x轴表示染色体坐标；y轴表示log10 P值（左）和来自HapMap的综合重组率（右）。该基因座在GRCh37/hg19中从chr18:19284918延伸到chr18:19450912，跨越166Kb。每个点代表一个SNV，并根据与最显著的SNV相关的D′值进行着色，用蓝色表示。水平虚线表示根据错误发现率多重比较分析设定的临界P值0.01。
B：具有统计学意义的SNVs的成对连锁不平衡统计的热图。x和y维度表示已鉴定的5个显著的SNVs，表明所有5个SNVs之间连锁不平衡均接近1，这意味着高度的连锁不平衡，该热图在LDlink创建后进行了修改。
研究局限性
该研究应考虑到一些局限性。该文章使用了基于转诊中心的数据队列，存在偏倚的可能性，因为与普通BAV人群相比，来医院诊所的患者往往疾病形式更严重。因此，MIB1基因变异在BAV患者的普通人群中的患病比例可能低于该项研究队列中的比例。在这两组重复队列中，都使用了公共数据库进行对照，这些数据库缺乏经过验证的表型，而且可能还包含了与普通人群类似的BAV病例。最后，该文章仅研究了NOTCH通路中的1个基因，但有必要对整个通路进行更深入的研究，因为NOTCH通路涉及的几个基因参与小鼠的瓣膜发育。
研究结论
该项遗传关联研究通过结合各种人体分析和体内功能研究的结果，发现MIB1基因与nsBAV的发育相关，这强调了NOTCH通路在影响nsBAV的遗传和病理生理过程中可能扮演着重要角色。这项研究还强调了有必要深入研究NOTCH通路的各个组成部分，将其作为nsBAV的潜在候选基因和未来治疗靶点。
参考文献
Tessler I, Albuisson J, Piñeiro-Sabarís R, et al. Novel Association of the NOTCH Pathway Regulator MIB1 Gene With the Development of Bicuspid Aortic Valve. JAMA Cardiol. 2023 Aug 1; 8(8): 721-731.
往期回顾
关于纯合子家族性高胆固醇血症患者主动脉狭窄的临床表型的重大转变
最新研究——基于马凡综合征的多组学研究，进一步了解主动脉疾病的分子机制
