全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及生物信息學(xué)分析對(duì)甲狀腺乳頭狀癌轉(zhuǎn)移生物學(xué)標(biāo)記物的預(yù)測(cè)

明森祥，明 亮，張 虎

(1蒙陰縣人民醫(yī)院，山東 蒙陰 276200；2鄒平縣人民醫(yī)院；3章丘區(qū)人民醫(yī)院)

甲狀腺乳頭狀癌(Papillary thyroid carcinoma，PTC)是甲狀腺癌中最常見(jiàn)、侵襲性最低的組織學(xué)類(lèi)型，約占所有甲狀腺癌患者的75%～85%。在大多數(shù)PTC患者中，癌組織局限于甲狀腺內(nèi)，但約有5%～45%向甲狀腺包膜外周?chē)M織浸潤(rùn)(Extrathyroidal invasion，ETI)，約有3%～21%存在遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移，是PTC預(yù)后不良最重要的因素，被認(rèn)為是PTC死亡的最常見(jiàn)原因[1]。目前，尚沒(méi)有明確的生物標(biāo)志物判斷初診PTC的患者是否會(huì)發(fā)展為遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移。本研究通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)獲得PTC不同類(lèi)型患者的全轉(zhuǎn)錄組基因測(cè)序信息，通過(guò)生物信息學(xué)分析，篩選與PTC遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移相關(guān)基因并對(duì)其功能進(jìn)行富集，以便于對(duì)具有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的PTC患者的識(shí)別，并為探討PTC的疾病進(jìn)展機(jī)制提供新的思路。

1 材料與方法

1.1測(cè)序數(shù)據(jù)的獲取及分組 自GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中下載GSE129879數(shù)據(jù)集，下載數(shù)據(jù)格式為MINiML。將此數(shù)據(jù)集中所包含的9例樣本分為三組：G1為非侵襲組，即甲狀腺癌組織僅局限于甲狀腺內(nèi)，癌組織大小<2 cm，且無(wú)周?chē)馨图把芙?rùn)；G2為侵襲組，即ETI；G3為遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移組。每組各3例。

1.2差異基因的獲取 使用R軟件的Limma軟件包(3.40.2)篩選差異表達(dá)基因(Differential expressed genes，DEGs)。“P<0.05且Fold Change(差異倍數(shù))>1.5或<-1.5”被定義為mRNA差異表達(dá)的閾值。

1.3通路富集 使用R中的ClusterProfiler程序分析差異基因的KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集以明確其潛在功能。

1.4基因交集的獲取 使用韋恩圖在線制作工具Venn Diagram分析并得到G3～G1組間DEGs與G3～G2組間DEGs的交叉基因。

2 結(jié)果

2.1組間DEGs的表達(dá)譜 G3與G1組間共篩選出47個(gè)DEGs，其中上調(diào)的有11個(gè)，下調(diào)的有36個(gè)。G3與G2組間共篩選出63個(gè)DEGs，其中上調(diào)的有41個(gè)，下調(diào)的有22個(gè)。各組top3詳見(jiàn)表1。

表1 組間DEGs異常的top3基因

2.2DEGs富集的KEGG通路 G3-G1組間上調(diào)的DEGs的KEGG通路主要富集在病毒蛋白與細(xì)胞因子及細(xì)胞因子受體的相互作用、細(xì)胞凋亡、趨化因子信號(hào)通路，細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體的相互作用、MAPK信號(hào)通路，刺激神經(jīng)組織的配體-受體相互作用、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)加工及癌癥中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控失調(diào)等；下調(diào)的DEGs則富集在泛素介導(dǎo)的蛋白水解作用、精氨酸生物合成、抗壞血酸和醛酸代謝、氨基酸的生物合成、碳代謝、FcγR-介導(dǎo)的吞噬作用、同源重組、氧化磷酸化及磷酸戊糖途徑等。

G3-G2組間上調(diào)的DEGs的KEGG通路主要富集在Th17細(xì)胞分化、抗原處理和遞呈、細(xì)胞周期、藥物代謝-其他酶、縫隙連接、IL-17信號(hào)通路、PI3K-Akt信號(hào)通路、吞噬體、蛋白質(zhì)消化吸收、嘧啶代謝、松弛素信號(hào)通路、視黃醇的新陳代謝及類(lèi)固醇生物合成等；下調(diào)的DEGs則富集在mTOR信號(hào)通路、AMPK信號(hào)通路、多巴胺能神經(jīng)突觸、FoxO信號(hào)通路、Hippo信號(hào)通路、長(zhǎng)壽調(diào)節(jié)通路、刺激神經(jīng)組織的配體-受體相互作用、PI3K-Akt信號(hào)通路、調(diào)節(jié)干細(xì)胞多能性的信號(hào)通路、鞘脂類(lèi)信號(hào)通路、緊密連接及信使RNA監(jiān)測(cè)通路等。

2.3遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移相關(guān)生物標(biāo)記物的預(yù)測(cè) 取G3-G1與G3-G2組間DEGs的交叉基因，共獲得了5個(gè)生物學(xué)標(biāo)志物，其中DEFB136、PRR15、OR2AT4、ARCN1的表達(dá)均上調(diào)，TACO1的表達(dá)均下調(diào)。詳見(jiàn)表2。

表2 組間生物學(xué)標(biāo)志物的差異表達(dá)

3 討論

PTC的特定臨床病理特征與患者預(yù)后不良密切相關(guān)，如原發(fā)腫瘤較大、ETI、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移。其中遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移是PTC患者預(yù)后不良最重要的因素，也是死亡的最常見(jiàn)原因[2]。因此，對(duì)PTC進(jìn)行深入的發(fā)病機(jī)制研究，篩選與其遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移相關(guān)的分子標(biāo)志物是目前亟待解決的問(wèn)題。

本研究通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)獲取PTC不同類(lèi)型患者的基因測(cè)序信息，通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移性PTC與非侵襲性PTC、轉(zhuǎn)移性PTC與局部侵襲性PTC之間差異表達(dá)的5個(gè)交叉基因，其中DEFB136、PRR15上調(diào)。盡管目前尚未檢索到二者在甲狀腺癌中的相關(guān)研究，但有研究發(fā)現(xiàn)，DEFB136在預(yù)測(cè)肺癌臨床特點(diǎn)中具有重要意義，特征性表達(dá)DEFB136的肺癌患者病情進(jìn)展快、患者生存率低[3]；PRR15可能通過(guò)Wnt信號(hào)通路在消化道惡性腫瘤的疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[4]。本研究首次發(fā)現(xiàn)二者可能預(yù)測(cè)甲狀腺乳頭狀癌發(fā)生遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移。此外，經(jīng)通路富集分析，發(fā)現(xiàn)這些差異基因富集在MAPK信號(hào)通路、FcγR-介導(dǎo)的吞噬作用、Th17細(xì)胞分化、抗原處理和遞呈、細(xì)胞周期、IL-17信號(hào)通路、PI3K-Akt信號(hào)通路、mTOR信號(hào)通路、AMPK信號(hào)通路、FoxO信號(hào)通路、Hippo信號(hào)通路、緊密連接等多個(gè)通路上，可能共同參與了PTC的疾病進(jìn)展過(guò)程。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了DEFB136與PRR15等基因與PTC遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移相關(guān)，可作為PTC的潛在轉(zhuǎn)移標(biāo)志物。但由于樣本量受限，本研究的結(jié)果存在一定的局限性，在未來(lái)的研究中，將在更大的PTC樣本群體中對(duì)本研究的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為其推廣及臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。