基于 GEO 數(shù)據(jù)庫分析非小細(xì)胞肺癌癌組織中配對(duì)盒基因 8 的表達(dá)及其與病人預(yù)后的關(guān)系

渠茂林

作者單位：呼和浩特市蒙醫(yī)中醫(yī)醫(yī)院檢驗(yàn)科，內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼和浩特 010010

非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）是最常見的一種肺癌，包括鱗狀細(xì)胞癌（鱗癌）、腺癌、大細(xì)胞癌，約占所有肺癌的 80%～85%，惡性程度高 ，易發(fā)生轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。目前，NSCLC 病人主要采用手術(shù)聯(lián)合放化療，以期延長(zhǎng)病人的生存時(shí)間，但術(shù)后易復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，5年生存率很低。目前，NSCLC 發(fā)生發(fā)展的機(jī)制尚不清楚，從基因水平研究 NSCLC 的病理機(jī)制對(duì)提高早期診斷率、尋找治療靶點(diǎn)、改善預(yù)后至關(guān)重要。配對(duì)盒基因 8（PAX8）是一種細(xì)胞系限制性轉(zhuǎn)錄因子，可以與靶 DNA 結(jié)合，調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)移。已有研究顯示，PAX8 在乳腺癌、胃癌、腎癌以及肺癌等多種惡性腫瘤中均存在異常高表達(dá)，但 其 在NSCLC 中的表達(dá)研究報(bào)道較少。高通量基因表達(dá)數(shù) 據(jù) 庫（Gene expression Omnibus，GEO 數(shù)據(jù)庫）是目前最大的面向公眾提供數(shù)據(jù)查詢和可進(jìn)行提交數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存交換的芯片公共數(shù)據(jù)庫之一。因此本研究于 2019年 6月至 2019年 8月利用 GEO 數(shù)據(jù)庫分析 PAX8 在 NSCLC 病人中的表達(dá)及其與病人預(yù)后的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料采集

利用在線工具 Oncomine（https：∕∕oncomine.org∕）選擇 TCGA Lung 2 數(shù)據(jù)集，其中包括 1 537 個(gè)樣本的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，正常肺組織 390例，肺癌組織共 721例，血液樣本 420例，無意義樣本 6例，分析 PAX8 在肺癌組織與正常肺組織中的 表達(dá)情況 。 再 從 GEO 公共數(shù)據(jù) 庫（https：∕∕www.ncbi.nlm.nih.gov∕gds）檢索 NSCLC 的差異基因表達(dá)譜及相關(guān)臨床數(shù)據(jù)，檢索平臺(tái) Platforms：GPL570，數(shù)據(jù)集：GSE77803。

1.2 數(shù)據(jù)篩選及分組

下載 GSE77803（GPL570）基因表達(dá) 矩陣，156例NSCLC 病人 的數(shù)據(jù) 集包含 156例NSCLC 病人的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)和性別、年齡、病理類型、T 分期、N 分期和術(shù)后復(fù)發(fā)情況。根據(jù)矩陣中 PAX8（121_at）表達(dá)值的中位數(shù)，將 NSCLC 臨床樣本分為 PAX8 低表達(dá)組（

n

=78）和 PAX8 高表達(dá)組（

n

=78），分析兩組 PAX8 基因表達(dá)水平與 NSCLC 病人臨床特征及預(yù)后之間的關(guān)系。

1.3 PAX8 基因功能分析

采用基因本體（GO）注釋 分 析（https：∕∕bioportal.bioontology.org∕ontologies∕GO）PAX8 基因的功能，采用 KEGG PATHWAY 分析（https：∕∕www.kegg.jp∕kegg∕pathway.html）PAX8 可 能參與的信號(hào)通路。

2 結(jié)果

2.1 肺癌組織中 PAX8 的表達(dá)

采用 Oncomine 在線數(shù)據(jù)庫，選擇基因 PAX8，設(shè)置 foldchange 為 2，得到 PAX8 在不同腫瘤中的表達(dá)情況。TCGA Lung 2數(shù)據(jù)集共檢測(cè)了 1 537 個(gè)樣本，其中正常肺組織 390例，肺癌組織共 721例，血液樣本 420例，無意義樣本 6例。與正常肺組織（0.06±0.02）相比，PAX8 在肺腺癌（0.14±0.07）和肺鱗癌（0.15±0.09）中表達(dá)水平明顯升高（

F

=217.130，

P

＜0.001）。

2.2 NSCLC 癌組織中 PAX8 的表達(dá)與臨床特征之間的關(guān)系

NSCLC 癌組織中 PAX8 的表達(dá)水平與病人的T分期 、N分期和是否復(fù)發(fā)有關(guān)（

P

＜0.05），見表1。

2.3 PAX8 的表達(dá)與 NSCLC 病人預(yù)后生存之間的關(guān)系

156例NSCLC 病人的隨訪時(shí)間范圍為6.2～64.8個(gè)月，中位隨訪時(shí)間為48.7個(gè)月。 癌 組 織 中PAX8 低表達(dá)病人的總生存率為 52.94%，中位生存期 為 54.6個(gè)月 ，顯著高于PAX8 高表達(dá)病人的（34.35%，48.6 個(gè)月）（log-rank

χ

=

4.609

，P

=0.032），見圖1A。癌組織中 PAX8 低表達(dá)的無病生存率為42.50%，中位生存期為 51.7 個(gè)月，顯著高于 PAX8 高表達(dá)病人的（28.71%，40.8 個(gè)月）（log-rank

χ

=

5.712

，P

=0.017），見圖1B。

2.4 PAX8 的 GO 分 析

GO 分 析 PAX8 可 能 的 功能，結(jié)果顯示，在生物學(xué)過程水平上，PAX8 可能參與了泌尿系統(tǒng)、腎臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、甲狀腺等多組織器官的生理生化過程，在細(xì)胞組成水平上，PAX8主要定位與細(xì)胞核；在分子功能水平上，PAX8 存在DNA 結(jié)合位點(diǎn)，可以與靶 DNA 結(jié)合，發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄因子的作用，見表2。

2.5 PAX8 的京都基因和基因組數(shù)據(jù)庫（KEGG）分析

KEGG 分 析 PAX8 可能參與的信號(hào)通路 ，map05216 和 map04918 顯示，PAX8 蛋白可能參與調(diào)節(jié)甲狀腺癌的發(fā)生發(fā)展以及甲狀腺激素的合成，map05202 和 map05200 顯示，PAX8 蛋白可能在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)作用，見表3。

表1 非小細(xì)胞肺癌癌組織中配對(duì)盒基因 8 的表達(dá)與臨床特征之間的關(guān)系∕例（%）

3 討論

NSCLC 約占所有肺癌的 80%，是一種高度異質(zhì)性疾病，探索 NSCLC 的發(fā)病機(jī)制，分析 NSCLC 的特異性分子標(biāo)志物具有重要臨床意義。Oncomine 數(shù)據(jù)庫整合了 GEO、TCGA 和已發(fā)表的文獻(xiàn)等來源的RNA 和 DNA-seq 數(shù)據(jù)，是目前最常用的大型腫瘤基因芯片數(shù)據(jù)庫 ，可用于分析差異基因的表達(dá)。PAX8 蛋 白由 450 個(gè)氨基 酸組 成，位 于 2q12-14 染色體的基因編碼，在多種惡性腫瘤中均存在異常高表達(dá)。本研究采用 Oncomine 基因芯片數(shù)據(jù)庫檢索了 PAX8 在肺癌中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn) PAX8 在大部分肺腺癌和肺鱗癌中均存在異常高表達(dá)，在少部分表達(dá)肺腺癌和肺鱗癌中出現(xiàn)異常低表達(dá)，肺腺癌和肺鱗癌均屬于 NSCLC，提示 PAX8 在大部分 NSCLC 中均存在異常高表達(dá)。宋艷等的研究顯示，PAX8在甲狀腺癌、腎細(xì)胞癌、子宮內(nèi)膜腺癌等多種衛(wèi)星腫瘤中存在高表達(dá)，提示 PAX8 在 NSCLC 的發(fā)生發(fā)展中具有重要意義。腫瘤 GEO 數(shù)據(jù)庫是目前世界上最全面的儲(chǔ)存高通量基因表達(dá)豐度數(shù)據(jù)的開源數(shù)據(jù)庫，收錄了多個(gè)物種，多種不同類型的高通量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，本研究基于 GEO 數(shù)據(jù)庫分析了PAX8 的表達(dá)與 NSCLC 病人預(yù)后生存之間的關(guān)系。

表2 配對(duì)盒基因 8（PAX8）的基因本體（GO）分析

表3 配對(duì)盒基因 8（PAX8）的京都基因和基因組數(shù)據(jù)庫（KEGG）分析結(jié)果

圖1 配對(duì)盒基因 8（PAX8）的表達(dá)與非小細(xì)胞肺癌病人預(yù)后生存之間的關(guān)系：A 為 PAX8 的表達(dá)與總生存率；B 為 PAX8 的表達(dá)與無病生存率

本研究分析 GEO 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)集（GSE77803）中PAX8 的表達(dá)，發(fā)現(xiàn) PAX8 的表達(dá)與 NSCLC 病人的 T分期和 N 分期有關(guān)。T 分期主要反映了腫瘤的浸潤(rùn)深度，N 分期主要反映了腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況，是指導(dǎo)臨床治療的主要依據(jù)，提示 PAX8 的表達(dá)與腫瘤的惡性程度有關(guān)，參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展。研究顯示，PAX8 在腮腺癌組織表達(dá)與其術(shù)后復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移有關(guān)，可作為評(píng)估腮腺癌根治術(shù)預(yù)后的指標(biāo)，提示 PAX8 與 NSCLC 病人的臨床病理特征有關(guān)，可以反映 NSCLC 的病情發(fā)展。本研究分析 GEO 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)集（GSE77803）中 PAX8 的表達(dá)，PAX8 高表達(dá)NSCLC 病人術(shù)后復(fù)發(fā)的比例明顯高于 PAX8 低表達(dá)病人，提示 PAX8 的表達(dá)與 NSCLC 病人的術(shù)后復(fù)發(fā)有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn) PAX8 低表達(dá)病人的總生存率和無病生存率明顯高于 PAX8 高表達(dá)病人，提示 PAX8與 NSCLC 病人的預(yù)后生存有關(guān)，有望作為其臨床預(yù)后的分子標(biāo)志物。

GO 富集可以根據(jù) PAX8 蛋白的序列信息，分析其可能的功能，在基因功能的分析 中具有重要作用。GO 富集主要從分子功能本體論、生物學(xué)途徑本體論和細(xì)胞組件本體論三個(gè)層面分析基因的功能。本研究 GO 富集分析顯示，PAX8 蛋白參與機(jī)體多器官的生理生化過程，可以與相應(yīng)的靶 DNA結(jié)合，發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)作用。KEGG 分析是一種常用的生物信息學(xué)代謝通路分析工具之一，可以分析蛋白質(zhì)參與的最主要的代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。本研究 KEGG 分析顯示，PAX8 蛋白可能參與了甲狀腺癌等多種腫瘤發(fā)生發(fā)展的信號(hào)通路。Li等的研究顯示，PAX8 蛋白在 NSCLC 中異常高表達(dá) ，參與調(diào)節(jié)了NSCLC細(xì)胞的生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng) ，提示PAX8 參與調(diào)控 NSCLC 的發(fā)生發(fā)展，有望成為其治療和預(yù)后的標(biāo)志物。

綜上所述，PAX8 蛋白可能參與調(diào)節(jié) NSCLC 發(fā)生發(fā)展的信號(hào)通路，在大部分肺腺癌和肺鱗癌中均存在異常高表達(dá)，其表達(dá)與 NSCLC 病人的 T 分期、N分期以及術(shù)后復(fù)發(fā)有關(guān)，PAX8 低表達(dá)病人具有更高的生存率。但 PAX8 蛋白作用于 NSCLC 發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制尚不清楚，有待于下一步研究。