GSTM5在前列腺癌中的表...其对前列腺癌进展的潜在机制_张莹.pdf

第 卷第期 年月西 安 交 通 大 学 学 报（医 学 版）（）本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版临床研究 在前列腺癌中的表达及其对前列腺癌进展的潜在机制张莹，孙娜，郭亚收，史传道，刘一笑（陕西中医药大学公共卫生学院，陕西咸阳 ；咸阳市中心医院泌尿外科，陕西咸阳 ）摘要：目的基于生物信息学方法探究正常前列腺和前列腺癌（）组织中的差异表达基因，筛选出可能作为 潜在生物 标 志 物 的 基 因，为 后 期 临 床 医 学 提 供 科 学 依 据。方 法从 数 据 库 下 载 、和 三个基因芯片数据集，通过联川生物云平台筛选差异表达基因（），使用 构建 的蛋白质蛋白质互作网络（），导入 后利用 插件筛选 评分前 位的基因作为关键基因（基因），利用 对关键基因进行和 富集分析，采用 软件绘制 曲线，利用 数据库对关键基因进行验证，并进一步进行生存分析，利用 验证关键基因的表达与 分级是否有相关性。结果 、和 三个数据集分别得到 、和 个差异表达基因。韦恩（）图显示三个数据集中包含的 有 个。个 对应的 网络中筛选 评分排名前 位的基因作为 基因，其所涉及的生物过程主要包括蛋白激酶信号的正向调节、细胞分化、转录的正调控、转化生长因子受体信号通路负调控、细胞迁移的正向调节等，所涉及的通路为粘着斑、雌激素信号通路等。曲线结果显示 、共个基因同时在个数据集中的诊断能力有统计学意义。个 基因通过 网站验证显示，其中 、在 中呈低表达，而 、在 中呈高表达，生存分析提示 高表达时 患者 延长。结果显示，基因的表达与 分级有明显相关性，并且随着 评分的增加，基 因 的 表 达 不 断 降 低。结 论个 基 因 中，、在 中呈低表达，而 、在 中呈高表达，其中 基因与 生存率有关，并随着 评分增加，基因的表达降低，提示 可能作为 潜在的生物标志物。关键词：；前列腺癌；关键基因；生物信息学中图分类号：文献标志码：，（，；，）：（），（），（），（），收稿日期：修回日期：基金项目：陕西省科技厅重点研发项目（）；咸阳市 年重点研发项目（）；陕西中医药大学研究生创新项目（）；咸阳市 年重点研发项目（）（），（），（），（）通信作者：孙娜，副教授 ：网络出版时间：网络出版地址：期张莹，孙娜，郭亚收，等 在前列腺癌中的表达及其对前列腺癌进展的潜在机制本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版 （，），：；前列腺癌（，）是一种发生在前列腺上皮细胞的恶性肿瘤，发病率在全球男性恶性肿瘤中排名第二。与欧美国家相比，中国的 发病率和死亡率虽然较低，但近年来其发病率呈迅速上升趋势，已成为负担较重的男性恶性肿瘤之一。病情隐匿，早期检查往往缺乏典型体征，临床上主要依靠前列腺肿瘤标志物（，），但其特异性不高。前列腺活检为其诊断的金标准，但却是一种侵入性操作，而且增加肿瘤转移的可能性。因此，寻找敏感性高的分子标志物，早期发现并及时诊断是目前临床面临的重要问题。本研究主要基于生物信息学方法，探究 发生发展的分子机制，筛选出可能作为 的潜在生物标志物，为后期临床医学提供科学依据。材料与方法微阵列数据的获取在 （）数据库以“”为 关 键 词 进 行 检 索 并 下 载 、和 三个基因芯片数据集，检测平台均为 ，正常前列腺组织与 组织中的个数据集分别包括 例和 例、例和 例、例和 例。差异表达基因的筛选使用联川生物云平台（：）中 软件 包对三个数据集进行分析，筛选正常前列腺与 患者的差异表达基因，标准为，（）。差异表达基因的韦恩图将从个 数 据 集 得 到 的 不 同 表 达 基 因 导 入 在线工具进行交集分析，并绘制韦恩图。筛选出的三个数据集中共同表达的基因，即是最终的差异表达基因（）。蛋 白蛋 白 交 互 作 用（，）将最 终 筛 选 的 输 入 数 据 库（），调节相关参数构建 网络。下载 文件导入 软件，利用 插件筛选 （）评分前 位的基因作为关键基因（，基因）。基因 功能富集及通路分析利 用 数 据 库（：）对 基因进行 和 通路富集分析，结果以柱状图和圈图形式导出。基因的诊断能力评价对 个 基因采用 软件绘制 曲 线（），以期获得同时在个数据集中有诊断意义的基因。（）值代表 下方的面积，越接近于，表明诊断效果越好，取值在，诊断有一定的准确性。基因的验证利用 数据库对在个数据集中均有诊断意义的 基因进行验证，分析其在 及正常前列腺组织的相对表达水平，同时在 进行生存分析，分析个 基因表达水平对患者的总体西 安 交 通 大 学 学 报（医 学 版）第 卷本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版生存率（）的影响。分析为了验证 基因的表达与 的 分级是 否 有 相 关 性，利 用 （：）进行分析，结果具有明显相关性时，可认为该基因的表达与不同 分级有关，其在临床治疗中也存在意义。结果差异表达基因的筛选结果以，为标准进行 及正常前列腺组织的差异表达基因筛选，共获得 个，其中低表达基因 个（），高表达基因 个（）；共获得 个，其中低表达基因 个（），高 表 达 基 因 个（）；共获得 个，其中低表达基因 个（），高表达基因 个（）。差异表达基因的韦恩图将个数据集分析得到的差异表达基因（个、个和 个）导入 进行交集分析，通过构建韦恩图，最终得到 个共同 （图）。图 及正常前列腺组织的差异表达基因的韦恩图 的 网络及 基因筛选将 个 输入 进行蛋白蛋白作用分析，得到一个包含 个节点，条边的 网络（图）。利用 插件筛选 评分排名前 位的枢纽蛋白及其所对应的枢纽基因，节点颜色越深代表该基因的 评分越高（图）。评分见表。图 及正常前列腺组织的差异表达基因的蛋白蛋白作用图谱 图 及正常前列腺组织的差异表达基因中前 位 基因 基因的 及 富集分析结果利用 数据库对 个 基因进行 和 富集分析，共得到生物过程（）条目 个，细胞组成（）条目 个，分子功能（）条目 个，按照 筛选得到 条目 个，条目 个，条目 个，参与的生物过程主要包括蛋白激酶信号的正向调节、细胞分化、转录的正调控、转化生长因子受体信号通路负调控、细胞迁移的正向调节等，按基因数取每项富集前 进行柱状图绘制（图）。期张莹，孙娜，郭亚收，等 在前列腺癌中的表达及其对前列腺癌进展的潜在机制本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版表 及正常前列腺组织的差异表达基因中前 位 基因 评分 排名基因名称 评分分 排名基因名称 评分分 图 基因的 （）分析 （）通路富集分析共富集出 条信号通路，按照 进行筛选得到条信号通路，主要涉及粘着斑、雌激素信号通路等（图）。图 基因的 通路分析 基因的诊断能力对个数据集中的 个 基因分别绘制 曲线，结果显示其中个基因同时在个数据集中诊 断能力 有统 计 学 意 义。个 基 因 为：、，其中 分别在个数据集中的散点图和 曲线显示，曲线下面积分别为 、和 ，诊断能力均较好（图）。基因的表达验证 在线网站包含 数据库中 例 组织和 例正常前列腺组织相关信息。个 基因通过 网站验证显示，其中 、在 中呈低表达，而 、在 中呈高表达，差异有统计学意义（，图）。同时，在 网站分析个 基因表达对患者的 的影响，以 基因的相对表达中位值为界，结果显示 高表达时 患者 延长，差异有统计学意义（，图）。的表达与 分级的关系采用 分 析 验 证 的 表 达 在 临床治疗中的意义，结果显示，基因的表达与 分级有明显相关性，并且随着 评分的增加，基因的表达减弱（图）。讨论 已成为全球性的公共卫生问题，严重威胁着男性的生命和健康。在其发生发展过程中，许多基因产物表现出异常的调控功能，因此，积极探索 发生发展的差异表达基因，阐释其分子机制，筛选出潜在的生物标志物，对于 的早期诊断和及时治疗，减少病患负担具有重要的现实意义。本研究选择了 公共数据库中个数据集（、西 安 交 通 大 学 学 报（医 学 版）第 卷本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版图 基因的散点图和 曲线 图前列腺癌及正常前列腺组织中个 基因的表达比较 和 ），共获得 例正常前列腺和 例 组织，得到 个 。进一步运用 中的 插件筛选出前 位作为 基因。基因的功能富集分析表明，其涉及的生物过程主要包括蛋白激酶信号的正向调节、细胞分化、转录的正调控、转化生长因子受体信号通路负调控、细胞迁移的正向调节等。蛋白激酶 即 ，有研究表明 信号通路的活化和过度表达与 期张莹，孙娜，郭亚收，等 在前列腺癌中的表达及其对前列腺癌进展的潜在机制本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版图 表达与 的关系 图 表达与 分级的关系 的侵袭和转 移 密切相关，磷 酸化 的 水 平伴随 分级升高而升高，与 的存活率有关。胡余攀学者 研究表明，转化生长因子（）在肿瘤的初期表现为抑制作用，在晚期发挥促进作用，并且有研究已证明前列腺基质细胞中 活性的丧失，促进了 的发生。通路分析表明 基因主要参与粘着斑、雌激素信号通路等。黏着斑信号通路参与细胞与细胞外基质的黏附，调节上皮间质转化（）和肌动蛋白细胞骨架重塑的过程，进而调节细胞的黏附和运动，与肿瘤的侵袭和转移密切相关。雌激素受体是前列腺发育的重要受体之一，在细 胞中 雌 激素 结合并 激 活 雌 激 素 受 体 、，促进细胞有丝分裂和分化，干预雌激素信号通路调控前列腺上皮细胞以及 细胞的生长增殖等生物学过程。通过 曲线对个数据集中的 基因诊断能力进行评价，结果显示其中 、和 共个基因同时在个数据集中的诊断能力有统计学意义。个 基因通过 网站验证显示，其 中 、在 中呈低表达，而 、在 中呈高表达，本研究结果与其一致。通过分析个 基因表达与患者的 间的关系，除 基因差异有统计学意义外（），其余基因均没有统计学意义，且 高表达时 患者 延长。采用 分析进一步验证的结果显示，基因的表达与 分级有明显相关性，并且随着 评分的增加，基因的表达减弱。谷胱甘肽转移酶（）是谷胱甘肽代谢信号通路中的关键酶，可通过催化亲核性谷胱甘肽与亲电子性的外源性化合物结合，在体内具有解毒作用，并且在细胞炎症反应、细胞凋亡、增殖分化中也起着重要作用 。当前列腺组织出现癌变，机体 处于较低水平时，对肿瘤细胞的清除作用较弱，从而可通过表达沉默参与 的发生。属于 家族，位于人类号染色体。有研究结果显示，在膀胱癌组织中表达低于正常组织，且 的过表达降低了细胞增殖和迁移的能力。也有研究者发现 的高表达与胃癌患者的低 密切相关，表达与黏附、血管生成、凋亡过程、细胞生长、增殖、迁移及 信号通路相关。亦有研究表明 是间质分子标记，可能在乳腺癌和 的进展中起关键作用，但有关其在 发展中的具体作用机制研究鲜少。综上所述，本研究通过挖掘高通量 芯片数据库并对差异基因进行系统分析，发现 、在 中呈低表达，而 、在 中呈高表达，其中 基因与 生存率有关，并随着 评分的增加，基因的表达减弱。这提示 可能是 潜在的生物标志物。但由于本研究纳入的样本量存在一定局限性，以后尚需进一步进行临床实验验证，以期为临床提供更为确凿的诊疗依据。参考文献：，：，：，（）：，：，（）：西 安 交 通 大 学 学 报（医 学 版）第 卷本刊网址：微信公众号：西安交通大学学报医学版 赫捷，陈 万 青，李 霓，等中 国 前 列 腺 癌 筛 查 与 早 诊 早 治 指 南（，北京）中国肿瘤，（）：，（，），（）：，（）：柳杰 前列腺组织中差异表达基因的筛选及临床验证 昆明：昆明医科大学，：，赵海波，徐桂彬，杨炜青，等 基于生物信息学途径探索前列腺癌的关键基因中华男科学杂志，（）：，（）：王建明 基于基因表达谱芯片确定前列腺癌致病有关基因及其功能 济南：山东大学，：，张威，王璐，徐万海 途径在前列腺癌中的治疗前景 临床泌尿外科杂志，（）：，（）：胡余攀 、在前列腺癌诊治中作用的生信 分 析南昌：南昌大学，：，（）：，：罗露，袁志鹰，黄惠勇，等 淫羊藿化学成分及药理研究进展亚太传统医药，（）：，（）：李亚朋，曹凤宏，李晓强 和 对前列腺癌的诊断意义及其与 评分的相关性分析现代医药卫生，（）：，（）：虞力航，徐刚前列腺癌患者血清前列腺特异抗原水平与 评分相关性分析 中华全科医学，（）：，（）：黄可馨，罗丹，王慧丰，等 基于细胞色素 通路的前列腺癌差异关键基因的筛选与验证广西医科大学学报，（）：，（）：黄云，袁伟锋，李理，等 谷胱甘肽硫转移酶 通过 途径下调肿瘤坏死因子介导的人支气管上皮细胞炎症水平 中国呼吸与危重监护杂志，（）：，（）：李志标，唐福才，卢泽潮，等 基于大数据的前列腺癌生物信息学分析中山大学学报（医学版），（）：，（），（）：周青 和 基因多态性与男性不育相关性研究镇江：江苏大学，：，（）：，（）：，（）：（编辑国荣）