基于生物信息學(xué)分析TOP2A基因在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)及意義

馬玉博，潘 博，張乃文，劉曉雪，任鳳云

(1.牡丹江醫(yī)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011； 2.牡丹江醫(yī)學(xué)院附屬紅旗醫(yī)院 影像科，黑龍江 牡丹江 157011)

肝細(xì)胞癌是國(guó)內(nèi)外患病率高、致死率高的惡性癌癥[1-2]。影像學(xué)檢查的進(jìn)步極大地提高了肝細(xì)胞癌的診斷水平，但這些程序?qū)τ诟渭?xì)胞癌患者來說過于昂貴[3]。約70%的肝細(xì)胞癌病人被臨床診斷時(shí)已處在患病中后期，故失去了醫(yī)治的最佳時(shí)期[4]。發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的生物標(biāo)志物對(duì)肝細(xì)胞癌的臨床診斷、預(yù)后是極為重要的。

TOP2A基因參與近乎所有DNA代謝的過程，涉及有絲分裂過程中的染色體分離、RNA轉(zhuǎn)錄[5-6]。這些年來，研究人員已確認(rèn)了TOP2A在癌癥中的功能。研究表明，TOP2A在乳腺癌、胰腺癌、胃癌及食管癌等惡性癌癥中表達(dá)上調(diào)[7-10]，證實(shí)了其充當(dāng)各種癌癥預(yù)后生物標(biāo)志物的價(jià)值。

在癌癥的臨床診斷和預(yù)后中，TOP2A發(fā)揮著關(guān)鍵作用。目前，關(guān)于TOP2A與肝細(xì)胞癌的研究較少。通過研究TOP2A基因表達(dá)和預(yù)后，為TOP2A基因在肝細(xì)胞癌中的作用研究確定方向。

1 材料與方法

1.1 從Oncomine數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)

在Oncomine數(shù)據(jù)庫中，依據(jù)研究要求，設(shè)置篩選條件：(1)GENE：TOP2A；(2)CANCER TYPE：LIVER CANCER；(3)ANALYSIS TYPE：CANCER VS NORMAL；(4)DATA TYPE：mRNA；(5)臨界值設(shè)定條件：FOLD CHANGE>2，P-VALUE<0.0001，GENE RANK=TOP 10%。

1.2 在GEPIA數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行患者預(yù)后分析

在GEPIA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，對(duì)肝細(xì)胞癌數(shù)據(jù)集進(jìn)行生存分析。檢索條件：(1)GENE：TOP2A；(2)METHODS：OS OR DFS；(3)GROUP CUTOFF：MEDIAN；(4)HAZARDAS RATIO(HR)：NO；(5)95% CONFIDENCE INTERVAL：NO；(6)AXIS UNITS：MONTHS；(7)DATASETS SELECTION(CANCER NAME)：LIHC。

1.3 基于TCGA數(shù)據(jù)對(duì)TOP2A在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)及預(yù)后進(jìn)行驗(yàn)證

借助TCGA數(shù)據(jù)集，分析腫瘤基因表達(dá)與生存分析的是UALCAN在線數(shù)據(jù)庫。在UALCAN數(shù)據(jù)庫中驗(yàn)證TOP2A在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)及預(yù)后。 篩選條件：(1)GENE：TOP2A；(2)TCGA DATASET：LIVER HEPATOCELLULAR CARCINOMA；(3)LINKS FOR ANALYSIS：EXPRESSION OR SURVAVIL。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

憑借t檢驗(yàn)分析肝細(xì)胞癌和正常組織中TOP2A表達(dá)的區(qū)別，對(duì)滿足要求的研究進(jìn)行薈萃分析。通過單因素方差分析TOP2A mRNA 表達(dá)水平與肝細(xì)胞癌病人病理分期之間的聯(lián)系，并通過GEPIA數(shù)據(jù)庫的肝細(xì)胞癌數(shù)據(jù)集的在線生存分析，分析TOP2A表達(dá)與肝細(xì)胞癌預(yù)后的關(guān)系，其具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2 結(jié)果

2.1 TOP2A在所有腫瘤組織中的表達(dá)

Oncomine系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，涉及462項(xiàng)不同類別的科學(xué)研究，132項(xiàng)研究分析數(shù)據(jù)顯示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，7項(xiàng)科學(xué)研究分析數(shù)據(jù)是低表達(dá)的，其余的研究分析數(shù)據(jù)是TOP2A高表達(dá)的，見圖1。

圖1 Oncomine 數(shù)據(jù)庫中TOP2A在不同類型腫瘤研究中的表達(dá)Fig.1 Expression of TOP2A in different tumor researches in Oncomine database

2.2 TOP2A在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)

TOP2A在Oncomine數(shù)據(jù)庫中8個(gè)不同的肝細(xì)胞癌基因芯片數(shù)據(jù)集中，對(duì)比腫瘤組織與正常組織表達(dá)的區(qū)別。薈萃分析顯示，TOP2A在全部差異表達(dá)基因中的中位數(shù)值排名為 839.0，P=3.97E-5，在肝細(xì)胞癌病人中TOP2A高表達(dá)，見圖 2。

圖2 Oncomine數(shù)據(jù)庫分析肝細(xì)胞癌中TOP2A的表達(dá)Fig.2 Expression of TOP2A in hepatocellular carcinoma in Oncomine database

2.3 8個(gè)研究芯片中TOP2A在肝細(xì)胞癌組織與正常組織間的表達(dá)差異

在Oncomine 數(shù)據(jù)庫中，不同肝癌研究芯片中的TOP2A表達(dá)情況如圖 3 所示，在這 8 項(xiàng)研究中，7項(xiàng)研究顯示，TOP2A在肝細(xì)胞癌病人中的表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分別是研究芯片，Roessler Liver[11](t=10.641，P<0.05)、Wurmbach Liver[12](t=9.859，P<0.05)、Wurmbach Liver[12](t=1.925，P<0.05)、Roessler2 Liver[11](t=28.481，P<0.05)、Chen Liver[13](t=10.968，P<0.05)、Mas Liver[14](t=4.106，P<0.05)、Mas Liver[14](t=3.151，P<0.05)，其余一項(xiàng)研究差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.489，P>0.05)。

圖3 8個(gè)研究芯片中TOP2A在肝細(xì)胞癌組織與正常組織中的表達(dá)Fig.3 Expression of TOP2A in hepatocellular carcinoma and normal tissues in 8 research chips

2.4 TOP2A與多個(gè)基因的相關(guān)性分析

GEPIA數(shù)據(jù)庫腫瘤基因的相關(guān)性分析結(jié)果表明，TOP2AmRNA在肝細(xì)胞癌組織中的表達(dá)水平與EXO1、RBL1、TPX2和TROAP 基因 mRNA 表達(dá)水平有很大的相關(guān)性(P<0.05，R=0)，見圖4。

圖4 TOP2A mRNA表達(dá)水平在肝細(xì)胞癌患者中與其他基因mRNA表達(dá)水平的相關(guān)性Fig.4 Correlation of TOP2A mRNA expression level in hepatocellular carcinoma patients and other gene mRNA expression level

2.5 TOP2A mRNA 表達(dá)水平與肝細(xì)胞癌患者病理分期的關(guān)系

從GEPIA數(shù)據(jù)庫下載 TOP2A mRNA表達(dá)水平與肝細(xì)胞癌患者病理分期的相關(guān)數(shù)據(jù)，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期肝細(xì)胞癌患者中，TOP2A基因表達(dá)水平逐漸增高[Fvalue=8.15，Pr(>F)=2.96E-05]。這些結(jié)果顯示，TOP2A表達(dá)水平能夠作為分辨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期肝細(xì)胞癌病人的指標(biāo)。結(jié)果表明，TOP2A mRNA在不同病理階段的肝細(xì)胞癌病人的表達(dá)中有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見圖5。

圖5 TOP2A mRNA表達(dá)水平與肝細(xì)胞癌患者病理分期的關(guān)系Fig.5 Correlation of TOP2A mRNA expression level and pathological stage of hepatocellular carcinoma patients

2.6 TOP2A與肝細(xì)胞癌預(yù)后的關(guān)系

為了進(jìn)一步明確TOP2A mRNA表達(dá)與肝細(xì)胞癌患者預(yù)后之間的關(guān)系，研究人員借助GEPIA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開展生存分析。結(jié)果顯示，TOP2A表達(dá)和肝細(xì)胞癌的OS和DFS都有相當(dāng)大的相關(guān)性。此外，OS和DFS長(zhǎng)的肝細(xì)胞癌病人的TOP2A mRNA 表達(dá)下調(diào)，見圖6。

圖6 TOP2A基因表達(dá)與預(yù)后的關(guān)系Fig.6 Correlation of TOP2A gene expression and prognosis

2.7 基于TCGA 數(shù)據(jù)對(duì)TOP2A在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)及預(yù)后進(jìn)行驗(yàn)證

UALCAN數(shù)據(jù)庫在線分析發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比，TOP2A在肝細(xì)胞癌組織中高表達(dá)，見圖7。與表達(dá)較低的患者相比，高表達(dá)TOP2A的肝細(xì)胞癌患者總生存期縮短(P<0.05)，見圖8。

圖7 TOP2A在TCGA數(shù)據(jù)集肝細(xì)胞癌患者中的表達(dá)情況Fig.7 Expression of TOP2A in hepatocellular carcinoma patient of TCGA database

圖8 TCGA 數(shù)據(jù)集中TOP2A表達(dá)水平與肝細(xì)胞癌患者生存時(shí)間的相關(guān)性分析Fig.8 Correlation analysis of TOP2A expression level with the survival time of hepatocellular carcinoma patient in TCGA database

3 討論

肝細(xì)胞癌是全球各地癌癥有關(guān)致死的常見要素[15]，是癌癥相關(guān)死亡升高較快的常見因素[16]。免疫療法、肝切除和肝移植是肝細(xì)胞癌病人的主要治療手段。肝細(xì)胞癌常見的肝硬化和肝細(xì)胞癌兩者之間具有密不可分的聯(lián)系：肝硬化被認(rèn)為是肝細(xì)胞癌的癌前病變，肝細(xì)胞癌是肝硬化病人最常見的死因[17]，故而，找到肝細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展的潛在靶點(diǎn)一直是國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶是一個(gè)蛋白質(zhì)家族，拓?fù)洚悩?gòu)酶2A (TOP2A)是這個(gè)家族至關(guān)重要的成員。TOP2A是DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中的一種關(guān)鍵酶，調(diào)節(jié)和更改DNA的拓?fù)錉顟B(tài)[18]，它催化雙鏈DNA斷裂且有利于促進(jìn)有絲分裂期間的基因轉(zhuǎn)錄[19-20]。TOP2A對(duì)維持有絲分裂染色體結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，有絲分裂染色體形成的基本核心要素是TOP2A、核小體及凝聚素[21]。大量實(shí)驗(yàn)可知，TOP2A在腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展中扮演著重要角色。Guo等[22]認(rèn)為TOP2A與UBE2C的共表達(dá)與肺腺癌較差的預(yù)后相關(guān)。Zeng等[23]研究表明，TOP2A基因敲除后，膀胱尿路上皮癌遷移和侵襲能力受到強(qiáng)烈抑制，TOP2A高表達(dá)與癌癥的無復(fù)發(fā)生存率有很大關(guān)系。Zeng等[24]發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)TOP2A與肝細(xì)胞癌較差預(yù)后有關(guān)，這種基因很有可能成為肝細(xì)胞癌未知的預(yù)后標(biāo)志和診治靶標(biāo)。

在Oncomine數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)TOP2A基因在肝細(xì)胞癌中表達(dá)上調(diào)，在GEPIA數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)其表達(dá)與患者的預(yù)后有關(guān)聯(lián)。目前，針對(duì)TOP2A基因的作用機(jī)理報(bào)道較少，且作用機(jī)制依然不是很顯然，需要更深層次地探索，為肝細(xì)胞癌的臨床研究診治和藥物研發(fā)提供關(guān)鍵性的理論研究根據(jù)，這對(duì)肝細(xì)胞癌的預(yù)后十分重要。