基于數(shù)據(jù)庫分析KIF23在乳腺癌中的表達(dá)及預(yù)后意義

宋姍姍，張強(qiáng)，聶艷紅，王永芳，陳昊△

乳腺癌是一類嚴(yán)重危害女性健康的疾?。?］。隨著對乳腺癌分子分型的細(xì)化，多種治療手段的應(yīng)用及靶向藥物的實(shí)施，乳腺癌患者5年生存率得到極大改善，但乳腺癌發(fā)病率及死亡率仍在增長［2］。從分子水平研究乳腺癌的機(jī)制，尋找新的治療靶點(diǎn)，是探索乳腺癌治療的重要方向。驅(qū)動蛋白（kinesins，KIFs）是一類由40多種不同基因編碼的馬達(dá)蛋白，主要存在于真核細(xì)胞中，以微管蛋白為軌道行駛運(yùn)輸功能［3］，還參與有絲分裂、紡錘體形成、細(xì)胞器定位和微管運(yùn)動等多種細(xì)胞功能［4-5］。KIFs的異常表達(dá)不僅與多種先天性疾病相關(guān)，同時(shí)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展也密切有關(guān)［5］。驅(qū)動蛋白超家族6中的一員—驅(qū)動蛋白家族成員23（kinesin family member 23，KIF23）與有絲分裂中紡錘體的形成等有關(guān)，亦參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展。但在乳腺癌中，僅Zou等［6］在雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性腫瘤中發(fā)現(xiàn)KIF23與腫瘤侵襲、患者生存預(yù)后、耐藥等有關(guān)，故本研究利用生物數(shù)據(jù)庫綜合分析KIF23在乳腺癌中的表達(dá)及判斷預(yù)后的價(jià)值，為進(jìn)一步研究KIF23在乳腺癌中的作用提供參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 Oncomine（https://www.oncomine.org/）是一個(gè)整合了基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫（Gene Expression Omnibus，GEO）、癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）及已發(fā)表的文獻(xiàn)等來源的RNA和DNA-seq數(shù)據(jù)的大型腫瘤相關(guān)基因的數(shù)據(jù)庫。通過Oncomine數(shù)據(jù)庫和GCBI數(shù)據(jù)庫分析KIF23基因在正常乳腺組織和乳腺癌組織中的表達(dá)差異。Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫（http://kmplot.com/analysis/）是一個(gè)包含5種癌癥（乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃癌、肝癌）mRNA表達(dá)譜芯片的公共數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫涉及的基因共54 675個(gè)、癌癥樣本為10 461個(gè)，其中乳腺癌患者樣本占比高達(dá)一半（5 143個(gè)）。通過Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫分析KIF23基因表達(dá)與患者預(yù)后的關(guān)系。

1.2 檢索方法 通過Oncomine數(shù)據(jù)庫檢索KIF23在乳腺癌中的基因表達(dá)差異。Oncomine數(shù)據(jù)庫檢索分析KIF23的設(shè)定條件為（1）基因：KIF23。（2）分析類型：腫瘤組織和正常組織。（3）腫瘤：乳腺癌。（4）數(shù)據(jù)類型：mRNA。（5）臨界值設(shè)定條件：P＜1E-4，差異倍數(shù)＞2，基因排序前10%。（6）其他為數(shù)據(jù)庫默認(rèn)設(shè)定。（7）檢索范圍：建庫至2018年9月10日。檢索結(jié)束后，選KIF23在乳腺癌中的相關(guān)研究進(jìn)行比較。

利用Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫分析KIF23與乳腺癌患者生存預(yù)后的關(guān)系，設(shè)定條件為（1）腫瘤：乳腺癌。（2）基因：KIF23。（3）患者按照最佳界限值進(jìn)行分組（Split patients by：Auto select best cutoff）。（4）狀態(tài)：ER（+/-）、孕激素受體（progesterone receptor，PR）（+/-）、人表皮生長因子受體（human epidermal growth factor receptor，HER-2）（+/-）。（5）生存預(yù)后指標(biāo)：無復(fù)發(fā)生存（relapse-free survival，RFS）期、總生存（overall survival，OS）期、無遠(yuǎn)處復(fù)發(fā)生存（distant metastases-free survival，DMFS）期、復(fù)發(fā)后生存（postprogression survival，PPS）期。（6）其他為數(shù)據(jù)庫默認(rèn)設(shè)定。

1.3 觀察指標(biāo) Oncomine數(shù)據(jù)庫和GCBI數(shù)據(jù)庫中觀察KIF23在常見腫瘤和正常組織中的表達(dá)差異，在正常乳腺組織和乳腺癌之間的表達(dá)差異。在Oncomine數(shù)據(jù)庫中，比較KIF23在乳腺非浸潤性癌和浸潤性癌中的表達(dá)和不同研究中的差異倍數(shù)。通過Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫觀察KIF23與乳腺癌患者各項(xiàng)生存預(yù)后指標(biāo)（RFS、OS、DMFS和PPS）之間的關(guān)系；觀察ER、PR及HER-2是否影響KIF23與患者預(yù)后之間的關(guān)系。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 所有統(tǒng)計(jì)分析均由數(shù)據(jù)庫分析，KIF23在正常乳腺組織和乳腺癌組織中的差異比較采用t檢驗(yàn)。利用Kaplan-Meier中Log-rank模型分析KIF23與乳腺癌患者預(yù)后的關(guān)系。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 常見腫瘤中KIF23的表達(dá)情況 Oncomine數(shù)據(jù)庫中關(guān)于KIF23基因在常見腫瘤和正常組織中的研究共447項(xiàng)，其中64項(xiàng)研究顯示KIF23基因在腫瘤中表達(dá)增高，3項(xiàng)表達(dá)降低。特別地，與乳腺癌相關(guān)的9項(xiàng)研究均顯示，較正常乳腺組織，KIF23在乳腺癌中表達(dá)升高。GCBI數(shù)據(jù)庫中顯示，KIF23在常見的33種腫瘤中，僅在胸腺腫瘤（thymoma，THYM）的表達(dá)量低于正常組織，在包括乳腺癌在內(nèi)的32種常見腫瘤中的表達(dá)量均高于正常組織（圖1）。

2.2 乳腺癌中KIF23的表達(dá)情況 Oncomine數(shù)據(jù)庫示，2000年—2012年共有39項(xiàng)研究關(guān)于KIF23在正常乳腺組織和癌組織中的表達(dá)。KIF23基因在乳腺癌所有差異表達(dá)基因中的排名中位數(shù)為900.0（P=0.037），表明KIF23在乳腺癌中高表達(dá)（圖2）。在22項(xiàng)KIF23高表達(dá)（差異倍數(shù)＞2，P＜0.01）的研究中，以其中差異倍數(shù)＞6的研究為例，表達(dá)量差異較大（圖3）。此外，在39項(xiàng)研究中有23項(xiàng)研究涉及KIF23在浸潤性乳腺癌中的表達(dá)，KIF23基因在所有差異表達(dá)基因中的中位數(shù)值為1 501.0（P＜0.05），表明KIF23在正常組織和浸潤性乳腺癌中的表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。39項(xiàng)乳腺癌研究中，涉及非浸潤性癌的研究有4項(xiàng)，排名中位數(shù)為1 768.5（P=0.003）。GCBI數(shù)據(jù)庫中KIF23在正常乳腺組織中平均表達(dá)值是90.89，癌組織是587.27，證實(shí)KIF23在乳腺癌中高表達(dá)。

Fig.1 Expressions of KIF23 in a variety of tumor and normal tissues in GCBI圖1 GCBI數(shù)據(jù)庫中KIF23在正常組織和癌中的表達(dá)

Fig.2 Expressions of KIF23 in breast cancer in the Oncomine database圖2 KIF23在Oncomine數(shù)據(jù)庫中乳腺癌中的表達(dá)

2.3 乳腺癌患者KIF23的表達(dá)水平與預(yù)后的關(guān)系 Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫顯示，KIF23高表達(dá)組患者的生存預(yù)后較差。KIF23低表達(dá)組患者的RFS、OS、DMFS、PPS均顯著優(yōu)于高表達(dá)組（圖4）。ER（+）的乳腺癌患者中，KIF23的高表達(dá)水平均與RFS、OS、DMFS和PPS預(yù)后差有關(guān)，而ER（-）、PR（+/-）、HER-2（+/-）的乳腺癌患者中，KIF23與RFS、OS、DMFS和PPS這4種預(yù)后指標(biāo)未顯示明確一致結(jié)論。

Fig.3 Expression of KIF23 in breast cancer in the Oncomine database（Fold change＞6）圖3 Oncomine數(shù)據(jù)庫中KIF23在乳腺癌中表達(dá)顯著增高的研究（差異倍數(shù)＞6）

Fig.4 Relationship between the expression of KIF23 and the prognosis of the breast cancer圖4 乳腺癌中KIF23的表達(dá)水平與生存預(yù)后之間的關(guān)系

3 討論

KIFs是長度為80 nm的桿狀蛋白質(zhì)大分子，由頭部、頸部和尾部三部分組成。KIFs的頭部具有腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine-triphosphate，ATP）酶活性，是主要的催化中心；頸部是連接頭部與尾部的區(qū)域，該部位較柔韌且可伸屈，可以調(diào)節(jié)頭尾部的構(gòu)象；尾部是由輕鏈和重鏈構(gòu)成的扇形結(jié)構(gòu)，可與膜性細(xì)胞器或貨物分子、酶蛋白等結(jié)合與釋放，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)功能。另外，根據(jù)KIFs相對保守的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在重鏈上的位置，可分為在C末端的C-驅(qū)動蛋白、在中間的M-驅(qū)動蛋白及在N末端的N-驅(qū)動蛋白［7］。1992年，Nislow 等［8］首次發(fā)現(xiàn)KIF23，其N末端區(qū)域含有驅(qū)動蛋白超家族的馬達(dá)結(jié)構(gòu)，屬于N-驅(qū)動蛋白。后續(xù)研究顯示，KIF23參與細(xì)胞的增殖分化［9］，其異常表達(dá)可能參與腫瘤的發(fā)生。目前，已有KIF23在神經(jīng)膠質(zhì)瘤［10］、肝癌［11］、非小細(xì)胞肺癌［12］和惡性胸膜間皮瘤［13］等中的研究報(bào)道，也有KIF23在肺癌中的相關(guān)數(shù)據(jù)庫的分析資料［14］。研究顯示，KIF23在神經(jīng)膠質(zhì)瘤和肺癌組織中高表達(dá)，并且通過KIF23的小干擾RNA處理證實(shí)了其與腫瘤細(xì)胞的增殖分裂相關(guān)［10,12,14］。劉素絹等［11］研究發(fā)現(xiàn)，KIF23通過活化Akt信號通路發(fā)揮促肝癌細(xì)胞增殖和侵襲的作用。Kato等［13］通過敲低KIF23基因表達(dá)發(fā)現(xiàn)，KIF23能促進(jìn)惡性胸膜間皮瘤細(xì)胞的生長、增殖，且使患者獲得較短的總體生存時(shí)間。Zou等［6］研究顯示，KIF23在乳腺癌中的表達(dá)受雌激素的嚴(yán)格調(diào)控，但KIF23的具體致乳腺癌機(jī)制尚不清楚。因此，鑒于KIF23在乳腺癌中的機(jī)制研究尚不明確，且樣本小、相關(guān)支持文獻(xiàn)可信度低等，筆者利用Oncomine數(shù)據(jù)庫、GCBI數(shù)據(jù)庫和Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫綜合分析其在乳腺癌中的表達(dá)及與患者生存預(yù)后的關(guān)系。

通過Oncomine數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，共有67項(xiàng)研究顯示KIF23在常見腫瘤和正常組織中表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中包括乳腺癌在內(nèi)的64項(xiàng)研究中KIF23都處于高表達(dá)狀態(tài)，并且GCBI數(shù)據(jù)庫證實(shí)了KIF23在乳腺癌組織中呈高表達(dá)，KIF23基因在乳腺癌所有差異表達(dá)基因中的排名中位數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，其在浸潤性乳腺癌和非浸潤性乳腺癌的差異基因排名亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。上述結(jié)果表明，KIF23以過表達(dá)的方式在乳腺癌中發(fā)揮作用，且可能與是否浸潤無關(guān)，但由于非浸潤性癌的研究僅4項(xiàng)，可信度較浸潤性乳腺癌低，故仍需要大量的研究驗(yàn)證。Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫分析表明，KIF23高表達(dá)與患者的預(yù)后較差有關(guān)，猜測KIF23可能在乳腺癌中起促癌的作用。另外，ER是乳腺癌分子分型和治療參數(shù)的重要指標(biāo)，在乳腺癌發(fā)生發(fā)展、個(gè)體化治療及預(yù)后評估方面都具有重要意義［15］，Zou等［6］研究發(fā)現(xiàn)，ER是影響KIF23在乳腺癌中表達(dá)的重要因素。本研究分析發(fā)現(xiàn)，低表達(dá)KIF23與ER+乳腺癌患者的良好預(yù)后有關(guān)，表明KIF23可能與ER相關(guān)，且兩者共同影響患者預(yù)后，但是相互促進(jìn)還是拮抗作用尚不清楚。

綜上所述，通過數(shù)據(jù)庫綜合分析發(fā)現(xiàn)，KIF23在乳腺癌組織中高表達(dá)，且與患者的不良預(yù)后有關(guān)，可能作為促癌因素存在，另外ER（+）乳腺癌中KIF23高表達(dá)患者生存預(yù)后指標(biāo)均較差，這可能為研究KIF23與乳腺癌形成的信號通路及乳腺癌的潛在治療靶點(diǎn)提供新思路和理論參考。