NUF2基因在腦膠質(zhì)瘤中的表達及臨床意義

亢希鵬，陳劉煒，陳先震*

(1.安徽理工大學醫(yī)學院，安徽 淮南 232001；2.同濟大學附屬第十人民醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200072)

膠質(zhì)瘤是成人最常見的顱腦腫瘤，擁有較高的發(fā)病率及死亡率[1]。2016年WHO腦腫瘤分類將其分為四個級別[2]，級別越高腫瘤惡性程度越高，患者預后越差。隨著當前生物信息學的發(fā)展，尋找新的生物標記物作為潛在治療靶點及預后指標是膠質(zhì)瘤的研究熱點。

NUF2，又稱為CDCA1，即細胞分裂周期相關(guān)蛋白1基因(cell division cycle associated 1)。該基因編碼的蛋白屬于NDC80線粒體復合體的一員，在著絲點-微管連接中發(fā)揮著重要作用，并參與有絲分裂紡錘體組裝檢查點的調(diào)節(jié)[3-4]100 340，2 703。既往研究表明NUF2基因在多種癌組織中表達增加，并且與腫瘤發(fā)生和進展相關(guān)[5-7]1 075，669，401，但目前國內(nèi)外仍沒有關(guān)于膠質(zhì)瘤中NUF2表達及其臨床意義的研究報道。

通過挖掘膠質(zhì)瘤遺傳信息數(shù)據(jù)庫的資料，評估膠質(zhì)瘤中NUF2基因的表達水平以及其與患者預后的關(guān)系，為揭示NUF2基因在膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展過程中的可能機制提供新的思路和方向。

1 材料與方法

1.1 Oncomine數(shù)據(jù)庫分析

使用Oncomine數(shù)據(jù)庫(http://www.oncomine.org)分析不同腫瘤類型中腫瘤組織與正常組織之間NUF2基因的表達差異[8]。篩選條件如下：“Gene: NUF2”；“Cancer type: Brain and CNS Cancer”，“Analysis type: cancer vs. normal analysis”；“Data type: mRNA”；P-value≤1E-4, fold change≥2,gene rank≥top 10%。

1.2 生存分析

使用中國腦膠質(zhì)瘤基因組圖譜計劃(Chinese Glioma Genome Atlas, CGGA)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行生存分析，比較NUF2基因表達情況與不同級別膠質(zhì)瘤患者預后的關(guān)聯(lián)。

1.3 Coexpedia數(shù)據(jù)庫分析

使用COEXPEDIA (http://www.coexpedia.org/)數(shù)據(jù)庫進行NUF2基因共表達分析，并對共表達基因進行基因本體論(Gene Ontology，GO)分析[9]。篩選條件如下：“Gene: NUF2”；“MeSH incl. Neoplasms：Brain Neoplasms”。

1.4 統(tǒng)計學方法

使用SPSS19.0版軟件進行數(shù)據(jù)處理。采用t檢驗比較腫瘤組織與正常組織之間 NUF2的表達差異。采用Kaplan-Meier模型分析分析 NUF2與膠質(zhì)瘤預后的相關(guān)性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 NUF2在常見腫瘤類型中的表達

Oncomine數(shù)據(jù)庫中包含了301項關(guān)于NUF2在不同類型腫瘤組織及相應(yīng)正常組織中表達情況的研究。在NUF2表達水平上有統(tǒng)計學差異的研究有49項，其中有45項研究顯示NUF2在腫瘤中高表達，如圖1(a)所示，有4項研究顯示NUF2在腫瘤中低表達。

圖1 Oncomine數(shù)據(jù)庫中NUF2在常見腫瘤相關(guān)研究中的表達差異性

2.2 NUF2在腦膠質(zhì)瘤中的表達

在Oncomine數(shù)據(jù)庫中共有6項關(guān)于NUF2在膠質(zhì)瘤中表達情況的研究(見表1)。Murat的研究納入了80個膠質(zhì)母細胞瘤樣本和4個正常腦組織樣本，與正常腦組織相比，腫瘤組織中NUF2表達增加了7.168倍(P=8.11×10-24)[10]。在Sun的研究中包含81個膠質(zhì)母細胞瘤樣本，19個間變性星形細胞瘤樣本，50個少突膠質(zhì)細胞瘤樣本和23個正常腦組織樣本，NUF2表達分別增加了6.701、4.083、2.765倍(P=3.42×10-18、1.03×10-6、3.36×10-8)[11]。French的研究中納入了23個間變性少突膠質(zhì)細胞瘤樣本和6個正常腦組織樣本， NUF2的表達增加了4.036倍(P=7.37×10-7)[12]。 在Bredel的研究數(shù)據(jù)集中包括了27個膠質(zhì)母細胞瘤樣本和4個正常腦組織樣本， NUF2表達增加了3.027倍(P=9.58×10-5[13]。圖2顯示了NUF2在不同腦膠質(zhì)瘤研究中的表達情況，總的來看，NUF2在不同級別膠質(zhì)瘤中都存在不同程度的高表達。對這6項研究進行薈萃分析后發(fā)現(xiàn)，NUF2基因在所有差異表達基因中的中位數(shù)排名為603(P=8.83×10-7)，表明NUF2在膠質(zhì)瘤中高表達(見圖1b)。

(a)Murat的研究中NUF2的表達情況(b)Sun的研究中NUF2的表達情況

(c)Sun的研究中NUF2的表達情況 (d)Sun的研究中NUF2的表達情況

(e)French的研究中NUF2的表達情況(f)Bredel的研究中NUF2的表達情況圖2 Oncomine數(shù)據(jù)庫中NUF2基因在不同膠質(zhì)瘤芯片中的表達情況[10-13]

表1 NUF2在膠質(zhì)瘤中表達的研究數(shù)據(jù)

2.3 NUF2與腦膠質(zhì)瘤患者預后的關(guān)系

使用CGGA數(shù)據(jù)庫比較不同NUF2 基因表達的膠質(zhì)瘤患者的預后差異，結(jié)果以Kaplan-Meier曲線顯示。結(jié)果表明，在全部膠質(zhì)瘤患者中，高表達組預后明顯差于低表達組(P<0.001，見圖3a)。在WHO II級膠質(zhì)瘤中，高表達組預后差于低表達組(P=0.041，見圖3b)。在WHO III級膠質(zhì)瘤中，高表達組預后差于低表達組(P=0.022，見圖3c)。在WHO IV級膠質(zhì)瘤中，兩組預后沒有明顯差異(P=0.7，見圖3d)。

圖3 NUF2表達與膠質(zhì)瘤患者預后的關(guān)系

2.4 NUF2的共表達分析

COEXPEDIA數(shù)據(jù)庫分析了NUF2與其共表達基因之間的共表達網(wǎng)絡(luò)，反映了NUF2與TOP2A、TTK、PBK和KIF14等基因之間的相互作用關(guān)系。表2列舉了前十位共表達基因。對這些共表達基因進行GO分析，結(jié)果表明這些基因主要涉及姐妹染色單體聚集，有絲分裂中核分裂，胞質(zhì)分裂和染色體分離等生物學過程(見表3)。

表2 前十位NUF2共表達基因

表3 共表達基因的GO分析結(jié)果

3 討論

隨著基因組分析技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了更多與膠質(zhì)瘤預后相關(guān)的標志物[14-17]15 108，16，4 005。文獻[18]發(fā)現(xiàn)TP53基因通過Wnt和p53信號通路參與膠質(zhì)瘤的發(fā)生和發(fā)展。文獻[14]15 116確定了與低級別膠質(zhì)瘤的發(fā)生和預后相關(guān)的一些基因，并提出了若干針對低級別膠質(zhì)瘤的潛在靶向藥物。文獻[19]對膠質(zhì)母細胞瘤和低級別膠質(zhì)瘤樣品之間的差異基因進行了生物信息學分析，確定了SAA1和TIPM1等基因可作為監(jiān)測膠質(zhì)母細胞瘤預后的生物標志物。這些研究為膠質(zhì)瘤的治療帶來了新的方向。本研究通過Oncomine數(shù)據(jù)庫分析了NUF2的表達水平，發(fā)現(xiàn)其在膠質(zhì)瘤中顯著高表達，生存分析表明NUF2與膠質(zhì)瘤患者的預后呈現(xiàn)明顯負相關(guān)，說明NUF2可能是監(jiān)測膠質(zhì)瘤預后的潛在生物標志物。

既往研究表明，NUF2與多種癌癥相關(guān)，包括骨肉瘤[5]1 078、肝細胞癌[6]669、乳腺癌[7]401、結(jié)直腸癌[20]74、前列腺癌[21]159、卵巢癌[22]和胰腺癌[23]等。NUF2也可用于預測前列腺癌和肝細胞癌的復發(fā)[6]665。在乳腺癌與結(jié)直腸癌中，NUF2的高表達與癌癥患者的不良預后相關(guān)[20]76，這與我們在膠質(zhì)瘤中發(fā)現(xiàn)相似。NUF2與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，敲除NUF2基因可以抑制癌癥的增殖并誘導細胞凋亡[24-25]1 239。基于微陣列基因表達譜的生物信息學分析表明，NUF2也與大B細胞淋巴瘤[26]、小細胞食管癌[27]和斑塊狀牛皮癬相關(guān)[28]。

本研究發(fā)現(xiàn)NUF2基因在少突膠質(zhì)細胞瘤、間變性少突膠質(zhì)細胞瘤、間變性星形細胞瘤、膠質(zhì)母細胞瘤等多種病理類型的膠質(zhì)瘤組織中都存在顯著的高表達。通過CGGA數(shù)據(jù)庫進行生存分析，在全部膠質(zhì)瘤患者中，高表達組預后明顯差于低表達組，在II級和III級膠質(zhì)瘤患者中，高表達組的預后差于低表達組。而在IV級患者中，差異沒有統(tǒng)計學差異，可能是因為IV級膠質(zhì)瘤由于其本身惡性程度較高，生存期較短的特性決定的。CCGA數(shù)據(jù)庫納入的是中國人群的膠質(zhì)瘤數(shù)據(jù)，使用該數(shù)據(jù)庫進行預后分析使得結(jié)果更具有代表性。使用COEXPEDIA數(shù)據(jù)庫進行共表達分析揭示了NUF2與TOP2A、TTK和PBK等基因之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)。Zhou等人通過生物信息學分析方法篩選出TOP2A、TTK和PBK三個基因，發(fā)現(xiàn)他們可能是膠質(zhì)母細胞瘤的潛在致癌基因[16]3，TOP2A、TTK和PBK主要參與細胞周期和p53信號通路。文獻[29]發(fā)現(xiàn)TOP2A是預測膠質(zhì)母細胞瘤預后的樞紐基因，TOP2A與膠質(zhì)母細胞瘤的進展密切相關(guān)。這些都從側(cè)面證實了NUF2在膠質(zhì)瘤中的作用。共表達基因的GO分析表明這些基因主要涉及姐妹染色單體聚集、有絲分裂中核分裂、有絲分裂中胞質(zhì)分裂和染色體分離等生物學過程，表明這些生物學過程可能參與了膠質(zhì)瘤的發(fā)生和發(fā)展，這為進一步研究NUF2的具體機制提供了研究方向。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)NUF2在膠質(zhì)瘤中高表達，NUF2高表達的患者預后往往較差。NUF2可作為預測腦膠質(zhì)瘤預后的新型生物標志物，但需要進一步的實驗來揭示NUF2在膠質(zhì)瘤中的具體機制。