基于數(shù)據(jù)挖掘分析SEMA4C在胃癌中的表達(dá)及相關(guān)預(yù)后分析

馮品 周搏 趙向陽(yáng)

摘要：目的探討信號(hào)素4C在胃癌中的表達(dá)及其預(yù)后分析。方法利用Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)獲取SEMA4C在胃癌和正常胃粘膜中的表達(dá)情況。使用Kaplan-Meier繪圖儀在線分析SEMA4C不同表達(dá)水平胃癌患者的生存周期。通過(guò)String構(gòu)建SEMA4C相關(guān)分子網(wǎng)絡(luò)。采用GO和KEGG對(duì)SEMA4C相關(guān)蛋白進(jìn)行富集分析，探討SEMA4C在胃癌中參與的生物學(xué)功能。結(jié)果相比正常胃粘膜，胃癌組織中SEMA4C呈現(xiàn)高表達(dá)。相比低表達(dá)組，SEMA4C高表達(dá)組患者的生存時(shí)間明顯減少。SEMA4C及其相關(guān)蛋白被富集于多種腫瘤生物學(xué)功能和信號(hào)通路中。結(jié)論通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)信息挖掘和生物信息學(xué)分析表明，SEMA4C在胃癌組織中高表達(dá)，且與預(yù)后密切相關(guān)，SEMA4C可能參與胃癌發(fā)生發(fā)展的病理生理過(guò)程。

關(guān)鍵詞：胃癌；信號(hào)素4C；數(shù)據(jù)分析；預(yù)后

胃癌（Gastric cancer）是全球癌癥相關(guān)死亡的第三大原因[1]，其預(yù)后較差，臨床癥狀嚴(yán)重，給患者的健康和生活帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。胃癌早期癥狀不典型，晚期階段進(jìn)展迅速，且放化療敏感性低，死亡率高。因此，尋找胃癌早期的生物學(xué)標(biāo)志物，對(duì)其診斷和預(yù)后判斷有重要意義。

信號(hào)素家族（Semaphorins，SEMAS）是一大類分泌型或膜結(jié)合型分子，最初涉及到神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和軸突導(dǎo)向。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，SEMA家族在腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡、免疫逃逸反應(yīng)和腫瘤微環(huán)境的調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用[2]。SEMA4C屬于膜結(jié)合型蛋白，研究發(fā)現(xiàn)SEMA4C在乳腺癌、前列腺癌等多種癌癥中高表達(dá)，與惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移和預(yù)后密切相關(guān)[3]。但目前SEMA4C在胃癌的發(fā)生發(fā)展中的作用尚不清楚。本研究通過(guò)Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)獲取SEMA4C在胃癌中的表達(dá)數(shù)據(jù)，整合分析SEMA4C在胃癌中的表達(dá)及其意義，初步探索SEMA4C在胃癌進(jìn)展中可能發(fā)揮的生物學(xué)功能。

1.數(shù)據(jù)與方法

1.1 提取Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù) Oncomine是目前全球最大的腫瘤相關(guān)基因研究數(shù)據(jù)庫(kù)。本研究篩選條件設(shè)定為：①Gene：SEMA4C；②Cancer type：Gastric cancer；③Analysis type：Gastric cancer vs. Normal analysis；④Sample type：Clinical specimen；⑤Data type：mRNA；⑥臨界值設(shè)定條件（P<1E-4，fold change>2，gene rank=top10%）

1.2 Kaplan-Meier Plotter在線生存分析 通過(guò)Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)胃癌患者數(shù)據(jù)進(jìn)行生存分析。篩選條件：①Cancer：Gastric cancer；②Gene：SEMA4C；③Survival：OS。

1.3 String數(shù)據(jù)庫(kù)探討蛋白間相互作用 利用蛋白交互作用網(wǎng)絡(luò)（String）數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)價(jià)蛋白間的相互作用關(guān)系，初步探索與SEMA4C相關(guān)的蛋白分子。

1.4 SEMA4C與相關(guān)蛋白的生物學(xué)功能分析 通過(guò)DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行GO及KEGG富集分析。

2統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

胃癌和正常胃粘膜組織中SEMA4C的比較采用t檢驗(yàn)，SEMA4C的表達(dá)水平與患者預(yù)后的相關(guān)性分析采用Kaplan-Meier Plotter生存分析，組間率的比較采用Log-Rank檢驗(yàn)。P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3.結(jié)果

3.1 SEMA4C在多種腫瘤中的表達(dá)情況 在Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)共收集383項(xiàng)不同類型的芯片研究數(shù)據(jù)，其中SEMA4C表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的有14項(xiàng)，SEMA4C表達(dá)升高13項(xiàng)，表達(dá)降低1項(xiàng)（圖1）。

3.2 SEMA4C在胃癌中的表達(dá) Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)檢索發(fā)現(xiàn)，自2003年起共有11項(xiàng)與SEMA4C在胃癌和正常胃粘膜表達(dá)有關(guān)的基因芯片研究（圖2），總樣本量298例。Mate分析結(jié)果表明，與正常胃粘膜相比，SEMA4C在胃癌組織中表達(dá)升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（中位秩=1947.0，P=6.02E-5，圖2）。

3.3 SEMA4C在不同胃癌芯片研究中的表達(dá)差異 如圖3A、3B所示，SEMA4C在胃混合腺癌和胃腸型腺癌中的表達(dá)較正常胃粘膜，分別升高了3.246倍（t=6.783，P=6.39E-7）和2.092倍（t=6.498，P=5.61E-8）。如圖3C所示，與正常胃粘膜比較，SEMA4C在胃癌中的表達(dá)上升1.488倍（t=3.752，P=8.17E-4）。如圖3D所示，SEMA4C在彌漫性胃腺癌中的表達(dá)較正常胃粘膜升高了1.507倍（t=3.075，P=0.003）。

3.4 SEMA4C的表達(dá)水平與胃癌患者預(yù)后的關(guān)系 生存分析結(jié)果表明，SEMA4C的高表達(dá)對(duì)胃癌患者總體生存率有著顯著影響。與正常低表達(dá)組比較，SEMA4C高表達(dá)組的總體存活率明顯降低（P=3.9E-13，圖4）。

3.5 SEMA4C蛋白互作網(wǎng)絡(luò) String數(shù)據(jù)庫(kù)篩選結(jié)果顯示：PPI富集P=4.44E-16，節(jié)點(diǎn)數(shù)11個(gè)，SEMA4C與10種蛋白存在密切的相互作用關(guān)系（圖5）。

3.6 生物學(xué)功能分析 GO富集分析顯示，SEMA4C相關(guān)蛋白主要被富集到軸突導(dǎo)向、SEMA-PLXN信號(hào)通路、Ephrin受體信號(hào)通路、細(xì)胞粘附等生物學(xué)過(guò)程中，且主要定位于細(xì)胞膜具有與Ephrin受體結(jié)合、VEGF激活受體活性和細(xì)胞因子結(jié)合等分子功能。KEGG通路分析表明，SEMA4C相關(guān)蛋白主要在軸突導(dǎo)向、Rap1信號(hào)通路以及Ras信號(hào)通路中被富集（表1）。

討論

多項(xiàng)研究表明，SEMA4C與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[4，5]。在一項(xiàng)乳腺癌研究中，SEMA4C通過(guò)介導(dǎo)腫瘤免疫逃逸，促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[4]。Zhang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，miR-19a-3p可直接靶向抑制SEMA4C，減少胃癌細(xì)胞的增殖和侵襲。我們的研究數(shù)據(jù)表明，SEMA4C在胃癌組織中高表達(dá)，預(yù)后差，提示SEMA4C表達(dá)升高可能與胃癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。我們String分析發(fā)現(xiàn)，SEMA4C可能通過(guò)結(jié)合其受體神經(jīng)激肽（NRPS）和神經(jīng)從素（PLXNS），與酪氨酸蛋白激酶（EFN）相互作用，共同參與胃癌進(jìn)展的相關(guān)信號(hào)通路。

Ras是常見(jiàn)的原癌基因，Rap1是Ras超家族中一個(gè)小GTP-結(jié)合蛋白質(zhì)。Rap1和Ras在多種腫瘤組織中均表達(dá)上調(diào)，起到促進(jìn)腫瘤增殖、刺激血管生成及調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移和粘附的作用[6，7]。本研究發(fā)現(xiàn)，SEMA4C相關(guān)蛋白EFNA2/3/4被富集到Ras和Rap1信號(hào)通路中，我們推測(cè) SEMA4C可能通過(guò)EFNA2/3/4參與胃癌的病理生理過(guò)程。

綜上所述，本研究基于Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘發(fā)現(xiàn)，SEMA4C在胃癌組織中高表達(dá)，與患者預(yù)后相關(guān)，并進(jìn)一步分析SEMA4C參與調(diào)控的分子網(wǎng)絡(luò)，為胃癌發(fā)病機(jī)制的研究提供理論基礎(chǔ)，可能成為胃癌治療新的潛在靶點(diǎn)。

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