GEO芯片篩選非小細(xì)胞肺癌差異表達(dá)基因及與預(yù)后的關(guān)系

王榮　謝麗秋　韋家柱　韋穎　陸安　彭業(yè)鳳　王俊利

【摘要】 目的 篩選非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的關(guān)鍵基因，探索其與發(fā)病關(guān)系。

方法 從開放基因芯片數(shù)據(jù)庫（GEO）檢索有關(guān)非小細(xì)胞肺癌表達(dá)的數(shù)據(jù)，利用GEO2R方法篩選存在表達(dá)差異的基因，分析關(guān)鍵基因和非小細(xì)胞肺癌預(yù)后的關(guān)系。

結(jié)果 共選入3套非小細(xì)胞肺癌基因芯片數(shù)據(jù)，選出有交集且未報(bào)道的差異表達(dá)基因4個(gè)，其中ADCY4基因與非小細(xì)胞肺癌預(yù)后有關(guān)。

結(jié)論 利用生物信息學(xué)技術(shù)能有效篩選出目標(biāo)基因，ADCY4基因或許為非小細(xì)胞肺癌新的目標(biāo)研究分子， 并可為進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 非小細(xì)胞肺癌;GEO芯片;生物信息學(xué)

中圖分類號：R734.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.11.002

Differential expression of non-small cell lung cancer based on GEO chip and its relationship with prognosis

WANG Rong1，XIE Liqiu1，WEI Jiazhu1，WEI Ying1，LU An1，PENG Yefeng1，WANG Junli2

（1.Department of Laboratory of Affiliated Hospital，2.Reproductive Medicine Center of Affiliated Hospital，Youjiang Medical University for Nationalities，Baise 533000，China）

【Abstract】 Objective To screen the key genes of non-small cell lung cancer（NSCLC） and explore its relation to the cancer.

Methods The expression data of non-small cell lung cancer were searched from the opening GEO database.The differentially expressed genes were screened by GEO2R，and the genes related to the prognosis of non-small cell lung cancer were analyzed.

Results Four differentially expressed genes in three sets of non-small cell lung cancer gene chip datawere selected and ADCY4 gene was found to be related to the prognosis of non-small cell lung cancer.

Conclusion Bio-informatics can effectively screen the target genes，and ADCY4 gene may be a new target molecule for next research in non-small cell lung cancer.

【Key words】 non-small cell lung cancer;GEO chip;bio-informatics

肺癌是當(dāng)今世界上發(fā)病最高的一種惡性腫瘤，其中約90%為非小細(xì)胞肺癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC），包括肺鱗癌、肺腺癌和大細(xì)胞肺癌[1～2]。近年來，雖然有許多新的治療方式被運(yùn)用于NSCLC，但被臨床確診時(shí)多處于疾病中晚期，其預(yù)后仍不容樂觀。因此，從分子水平開展關(guān)于NSCLC發(fā)生及發(fā)展的機(jī)制研究，將有助于尋找到新的靶點(diǎn)，推動(dòng)發(fā)展新的診斷手段和治療方法，對改善患者的生存時(shí)間和生活質(zhì)量具有重要意義。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，利用基因芯片數(shù)據(jù)和生物信息學(xué)方法綜合分析與腫瘤有關(guān)基因和調(diào)控機(jī)制，既是腫瘤學(xué)基礎(chǔ)研究獲取有用信息的重要手段，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[3]。

基因表達(dá)綜合數(shù)據(jù)庫（Gene Expression Omnibus，GEO）是美國國立生物技術(shù)信息中心（the National Center for Biotechnology Information，NCBI）中的一個(gè)開放性基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫，具有豐富的基因組數(shù)據(jù)庫，也是作為腫瘤相關(guān)信息獲取資源庫之一[4～5]。本研究利用GEO數(shù)據(jù)庫中提供的NSCLC基因表達(dá)的芯片數(shù)據(jù)，采用生物信息學(xué)分析對該腫瘤的相關(guān)基因進(jìn)行篩選，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 材料來源

登錄GEO芯片數(shù)據(jù)庫（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）下載NSCLC基因芯片數(shù)據(jù)。納入NSCLC患者組織與正常肺組織進(jìn)行對照。

1.2 方法

采用GEO數(shù)據(jù)庫的GEO2R進(jìn)行所選芯片的數(shù)據(jù)分析，篩選出具有表達(dá)差異的關(guān)鍵基因。其次，利用UALCAN（http：//ualcan.path.uab.edu/index.html）驗(yàn)證所得基因表達(dá)差異情況。分析基因與臨床預(yù)后的相關(guān)性采用Kaplan-MeierPlotter（http：//kmplot.com/analysis/）數(shù)據(jù)庫。

2 結(jié)果

2.1 芯片數(shù)據(jù)

經(jīng)生物信息學(xué)篩選，共得到7個(gè)有表達(dá)差異的基因。見圖1，表1。

2.2 表達(dá)差異驗(yàn)證

待篩選出關(guān)鍵基因后，我們利用UALCAN在TCGA數(shù)據(jù)庫中再次進(jìn)行驗(yàn)證。最終，RTKN2 基因、SPOCK2 基因、RASIP1 基因和ADCY4基因在肺鱗癌、肺腺癌中同對照組相比均存在表達(dá)差異（P<0.05）。見圖2。

2.3 候選基因與非小細(xì)胞肺癌預(yù)后關(guān)系

在Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫，通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)在4個(gè)關(guān)鍵基因中，RTKN2基因、SPOCK2基因和RASIP1基因與非小細(xì)胞肺癌預(yù)后無關(guān)（P>0.05），ADCY4基因與非小細(xì)胞肺癌預(yù)后呈正相關(guān)（P<0.01）。見圖3。

3 討論

GEO數(shù)據(jù)庫屬于美國國立衛(wèi)生研究院的生物技術(shù)信息中心，是當(dāng)前最大、最全面的一個(gè)公共基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫，這為腫瘤的分子水平研究提供了新的平臺。本研究基于GEO中的非小細(xì)胞肺癌基因表達(dá)芯片數(shù)據(jù)，采用生物信息學(xué)進(jìn)行非小細(xì)胞肺癌相關(guān)基因篩選。共獲得7個(gè)差異表達(dá)基因，隨后對尚未見與非小細(xì)胞肺癌關(guān)系的文獻(xiàn)報(bào)道的4個(gè)基因（RTKN2、SPOCK2、RASIP1和ADCY4）進(jìn)行分析。我們的研究結(jié)果表明，RTKN2、SPOCK2、RASIP1 和ADCY4基因在腫瘤組織和正常組織中表達(dá)存在明顯差異，重要的是ADCY4基因表達(dá)還和非小細(xì)胞肺癌的生存有關(guān)。

目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道RTKN2基因和部分腫瘤之間的關(guān)系。在HCC細(xì)胞、HepG2細(xì)胞和BEL 7404細(xì)胞中的RTKN2受到RNAi干擾導(dǎo)致明顯抑制細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進(jìn)展。RTKN2沉默顯著降低細(xì)胞周期相關(guān)蛋白、增殖細(xì)胞核抗原和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1水平。此外，還發(fā)現(xiàn)HCC細(xì)胞中RTKN2下調(diào)顯著誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時(shí)顯著抑制細(xì)胞侵襲。這表明RTKN2可以作為癌基因，抑制RTKN2可能作為原發(fā)性肝癌靶向治療的一種新策略[6]。檢測發(fā)現(xiàn)膀胱癌組織中RTKN2表達(dá)水平明顯高于正常膀胱組織。沉默RTKN2可抑制細(xì)胞增殖，阻滯細(xì)胞周期。此外，RTKN2基因敲除導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞侵襲。這些結(jié)果提示RTKN2參與了膀胱癌的發(fā)生和發(fā)展[7]。在卵巢癌中，miR-181與RTKN2表達(dá)也有相關(guān)性，上調(diào)miR-181可抑制RTKN2表達(dá)[8]。在SW480和HCT116細(xì)胞中，RTKN2蛋白表達(dá)水平顯著高于HEC細(xì)胞。敲除RTKN2可抑制細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進(jìn)程，降低PCDA、CyclinD1和c-Myc細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。RTKN2沉默抑制wnt/β-catenin信號通路對結(jié)腸癌細(xì)胞增殖的抑制作用。這些結(jié)果表明RTKN2參與了腫瘤的發(fā)生[9]。在子宮內(nèi)膜癌中，癌組織中SPOCK2蛋白的表達(dá)明顯低于正常子宮內(nèi)膜組織，SPOCK2蛋白的缺乏與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和肌層浸潤有關(guān)。HEC-1A和ishikawa細(xì)胞中SPOCK2上調(diào)抑制細(xì)胞的增殖、侵襲、黏附和凋亡。SPOCK2上調(diào)可抑制MT1-MMP和MMP2的表達(dá)及MMP2活化。數(shù)據(jù)表明SPOCK2通過調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的生物學(xué)行為參與其進(jìn)展，這部分是通過調(diào)節(jié)MT1-MMP和MMP2的蛋白表達(dá)和激活MMP2發(fā)揮作用[10]。與良性前列腺增生相比，前列腺癌組織中SPOCK2基因mRNA水平顯著降低。SPOCK2的上調(diào)抑制了Du145細(xì)胞和LNCaP細(xì)胞的侵襲和遷移，抑制MT1-MMP和MMP2的表達(dá)，抑制Du145和LNCaP細(xì)胞的MMP2活化[11]。然而，關(guān)于ADCY4基因與腫瘤的相關(guān)性研究罕見。通過PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)果表明，在肝癌中的KDR、VEGFC、FLT1、CDH5和ADCY4可能成為EDNRB相關(guān)基因的核心基因[12]。當(dāng)前，我們發(fā)現(xiàn)ADCY4和NSCLC預(yù)后有關(guān)。該基因在腫瘤組織中呈高低表達(dá)，低表達(dá)比高表達(dá)預(yù)后更差。獲得這個(gè)新基因?qū)Ψ切〖?xì)胞肺癌病理機(jī)制研究有重要意義。

本研究利用GEO芯片數(shù)據(jù)庫和Kaplan-Meier Plotters數(shù)據(jù)庫探討了RTKN2、SPOCK2、RASIP1和ADCY4基因在NSCLC中的表達(dá)和預(yù)后情況，通過再分析獲得ADCY4和NSCLC可能存在關(guān)系，此基礎(chǔ)將為ADCY4在NSCLC發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制提供依據(jù)，也可為利用GEO數(shù)據(jù)庫挖掘腫瘤基因?qū)W數(shù)據(jù)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2019-08-29 修回日期：2019-10-10）

（編輯：王琳葵 梁明佩）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（81560461）

作者簡介：王榮，男，碩士，研究方向：免疫學(xué)和腫瘤學(xué)。E-mail： rongwang50@163.com

通信作者：王俊利。E-mail： baisewangjunli@163.com

[本文引用格式]王榮，謝麗秋，韋家柱，等.燈盞細(xì)辛注射液聯(lián)合神經(jīng)節(jié)苷脂對腦梗死患者神經(jīng)功能及血液流變學(xué)的影響[J].右江醫(yī)學(xué)，2019，47（11）：806-809.