基于TCGA和GEPIA數(shù)據(jù)庫分析CENPK基因在前列腺癌中的表達(dá)及臨床意義

陸 璐，謝光宇，馮耀寧，謝正飛，丁啟健，謝智彬△

1.桂林醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，廣西桂林 541004；2.廣西醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院泌尿外科，廣西南寧 530021

前列腺癌是男性常見的惡性腫瘤，也是男性癌癥致死的主要原因[1]。我國前列腺癌發(fā)病率雖低于歐美國家，但近些年其在我國的發(fā)病率呈現(xiàn)急劇上升趨勢[2-3]。前列腺癌早期癥狀不明顯，大多數(shù)患者就診時已達(dá)中晚期而錯過最佳治療時機(jī)[4]。目前，前列腺特異性抗原(PSA)是篩查前列腺癌使用最廣泛的生物標(biāo)志物，但是由于其靈敏度和特異度有限[5-7]，臨床急需新的前列腺癌診斷和預(yù)后判斷的分子靶點(diǎn)。著絲粒蛋白K基因(CENPK基因)是著絲粒蛋白家族成員之一，其主要在細(xì)胞分裂時募集到著絲粒上，參與著絲粒的組裝、有絲分裂及染色體的分離等過程[8-9]。相關(guān)研究顯示，CENPK基因在結(jié)直腸癌、肺癌、肝癌、卵巢癌等多種癌癥中均呈高表達(dá)[8-9]，但目前鮮有關(guān)于CENPK基因在前列腺癌患者中的研究報(bào)道。故本研究通過癌癥基因組圖譜(TCGA)和基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)交互分析(GEPIA)數(shù)據(jù)庫分析CENPK基因表達(dá)與前列腺癌臨床病理特征及預(yù)后的關(guān)系，以期尋找新的前列腺癌診斷及判斷預(yù)后的分子靶點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1臨床資料獲取 從TCGA數(shù)據(jù)庫(https：//portal.gdc.cancer.gov/)獲得498例前列腺癌患者的mRNA表達(dá)水平及臨床信息，其中52例患者有癌組織與配對的癌旁組織。前列腺癌患者相關(guān)臨床信息包括年齡、PSA值、gleason評分、是否復(fù)發(fā)、生存時間、臨床分期及TNM分期。498例前列腺癌患者確診時年齡為41～78歲，臨床分期：Ⅰ期177例，Ⅱ期174例，Ⅲ期53例，Ⅳ期2例，未知92例。

1.2受試者工作特征(ROC)曲線分析診斷效能及生存分析 采用ROC曲線分析CENPK基因表達(dá)量診斷前列腺癌的靈敏度和特異度。同時，將前列腺癌患者CENPK基因表達(dá)量與其對應(yīng)的臨床預(yù)后信息相匹配。選擇的病例診斷時間為2000—2013年，隨訪時間為23～5 024 d，以CENPK基因表達(dá)量的中位數(shù)為界將前列腺癌患者分為低表達(dá)組和高表達(dá)組，采用GEPIA數(shù)據(jù)庫中“Survival Plots”模塊分析前列腺癌患者CENPK基因表達(dá)與生存預(yù)后之間的關(guān)系。

1.3GSEA分析 先用GSEA軟件獲得與CENPK基因表達(dá)相關(guān)的基因，按照缺省加權(quán)富集統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行基因集合富集分析，每個分析進(jìn)行1 000次基因組排列，認(rèn)為│NFS│>1.5，P<0.01，F(xiàn)DRq<0.03的通路是顯著富集。

2 結(jié) 果

2.1CENPK基因在前列腺癌組織中的表達(dá)情況 498例前列腺癌患者的癌組織和癌旁組織中CENPK基因 mRNA表達(dá)水平分別為3.924 7±1.092 9、3.406 6±1.154 5，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.235，P=0.001)。52例患者配對的前列腺癌組織和癌旁組織中CENPK基因 mRNA表達(dá)水平分別為8.207 1±0.295 2和3.406 6±1.154 5，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=28.309，P<0.001)。

2.2CENPK基因在前列腺癌中的診斷價值 采用ROC曲線分析498例前列腺癌患者CENPK基因 mRNA表達(dá)水平診斷前列腺癌的效能，AUC為0.625，靈敏度為60.8%，特異度為63.5%，95%CI為0.785～0.852。見圖1。

圖1 CENPK基因 mRNA表達(dá)水平診斷前列腺癌的ROC曲線

2.3不同特征前列腺癌患者CENPK基因 mRNA表達(dá)情況比較 不同年齡、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移情況前列腺癌患者CENPK基因 mRNA高表達(dá)率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。有生化復(fù)發(fā)、PSA>4 ng/mL、Gleason評分>7分、有腫瘤殘留、T分期為T3～T4期、有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者CENPK基因 mRNA高表達(dá)率明顯高于無生化復(fù)發(fā)、PSA≤4 ng/mL、Gleason評分≤7分、無腫瘤殘留、T分期為T1～T2b期、無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1 不同特征前列腺癌患者CENPK基因 mRNA表達(dá)情況比較[n(%)]

2.4CENPK基因與前列腺癌患者生存情況的關(guān)系 采用GEPIA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生存分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CENPK基因高表達(dá)組總體生存時間(OS)及無進(jìn)展生存期(DFS)明顯短于CENPK基因低表達(dá)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.045、0.003)。見圖2、3。

圖2 不同CENPK基因表達(dá)前列腺癌患者OS的Kaplan-Meier生存曲線

圖3 不同CENPK基因表達(dá)前列腺癌患者DFS的Kaplan-Meier生存曲線

2.5GSEA分析 GSEA分析結(jié)果顯示，堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、基因復(fù)制、剪接體、錯配修復(fù)途徑在CENPK基因高表達(dá)組中均有不同程度的富集。見表2。

表2 前列腺癌中CENPK基因相關(guān)的基因富集

3 討 論

前列腺癌發(fā)病率在2012年時位居男性惡性腫瘤第6位，發(fā)病年齡在55歲前處于低水平，55歲及以后發(fā)病率隨年齡的增長而增長。由于前列腺癌早期無明顯臨床癥狀，發(fā)現(xiàn)時大多已處于中晚期，治愈率不高，研究發(fā)現(xiàn)，我國在確診的前列腺癌患者中，約75%已出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，同時其5年生存率未達(dá)60%[10]。CENPK基因位于染色體5q12.3上，有5個轉(zhuǎn)錄本，19個外顯子，其編碼的CENPK蛋白由269個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量為31×103[11]。

近年研究發(fā)現(xiàn)，CENPK基因在多種惡性腫瘤中呈高水平表達(dá)，并與患者臨床特征及預(yù)后關(guān)系密切，具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移的作用[11]。勒繼海等[12]探討了CENPK基因在三陰性乳腺癌(TNBC)中的表達(dá)與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)的關(guān)系及其臨床意義，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CENPK基因在TNBC組織中的表達(dá)明顯高于癌旁組織，同時不同病理分級、臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況TNBC患者的CENPK基因表達(dá)情況比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。周琳等[13]探討了CENPK基因在結(jié)直腸癌組織中的表達(dá)及臨床意義，結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中的CENPK基因表達(dá)水平高于正常組織(P<0.05)，且不同腫瘤最大徑、脈管侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況直腸癌組織中CENPK基因表達(dá)水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 體外試驗(yàn)表明，干擾CENPK基因表達(dá)后，結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力減弱，而過表達(dá)CENPK基因則會促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，相反沉默表達(dá)CENPK基因則會抑制增殖、遷移和侵襲能力，并在肺癌細(xì)胞的研究中也得到證實(shí)[11]。WANG等[14]通過TCGA數(shù)據(jù)庫研究CENPK基因在肺腺癌中的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CENPK基因在肺腺癌組織中表達(dá)高于癌旁組織，且不同性別、臨床分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況患者其表達(dá)水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。此外，CENPK基因的過表達(dá)促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的活力增強(qiáng)、遷移和侵襲，CENPK基因的上調(diào)降低了肺腺癌細(xì)胞中上皮型鈣黏附蛋白E的表達(dá)，并增強(qiáng)了神經(jīng)型鈣黏附蛋白、波形蛋白和鋅指轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)(P<0.01)，認(rèn)為CENPK基因在肺腺癌組織和細(xì)胞中上調(diào)，CENPK基因表達(dá)促進(jìn)了肺腺癌細(xì)胞的活力、遷移、侵襲和EMT。SUN等[15]研究發(fā)現(xiàn)CENPK基因在膠質(zhì)瘤中呈過表達(dá)，并證實(shí)了LINC01158對CENPK基因的正向調(diào)節(jié)作用。LINC01158通過miR-6734-3p增強(qiáng)CENPK基因表達(dá)，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中發(fā)揮促增殖和抗凋亡作用。LI等[16]研究發(fā)現(xiàn)甲狀腺癌組織中的CENPK基因 mRNA和蛋白水平呈高表達(dá)，體外試驗(yàn)證明過表達(dá)CENPK基因則會促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，相反沉默表達(dá)CENPK基因可抑制肝癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力，他們認(rèn)為CENPK基因可能是潛在的治療甲狀腺癌的新靶點(diǎn)。LEE等[17]研究發(fā)現(xiàn)，CENPK基因在卵巢癌組織和癌細(xì)胞中呈過表達(dá)，沉默表達(dá)CENPK基因可抑制卵巢癌細(xì)胞的增殖能力。WU等[18]通過生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn)CENPK基因在胃癌組織中呈高表達(dá)，并通過免疫組化法驗(yàn)證，同時發(fā)現(xiàn)不同臨床分期患者CENPK基因表達(dá)水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沉默CENPK基因通過誘導(dǎo)G1期細(xì)胞周期停滯并促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡，從而抑制胃癌細(xì)胞增殖，并在體內(nèi)試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。WANG等[19]研究發(fā)現(xiàn)CENPK基因在肝癌組織中異常升高，并在CENPK基因mRNA和蛋白水平研究中都得到證實(shí)，同時發(fā)現(xiàn)不同甲胎蛋白水平、腫瘤最大徑肝癌患者的CENPK基因 mRNA表達(dá)水平比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，體外試驗(yàn)證明過表達(dá)CENPK基因會促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，相反沉默表達(dá)CENPK基因會抑制肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，他們認(rèn)為CENPK基因是肝癌治療的潛在靶向基因。而CENPK基因在前列腺癌患者中的表達(dá)情況鮮有報(bào)道，故本研究通過TCGA和GEPIA數(shù)據(jù)庫分析CENPK基因表達(dá)與前列腺癌臨床病理特征的關(guān)系，為前列腺癌的診斷和預(yù)后提供新的思路。

本研究中498例前列腺癌患者的癌組織中CENPK基因mRNA表達(dá)水平明顯高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對52例患者配對的前列腺癌組織與癌旁組織CENPK基因mRNA表達(dá)水平比較得出一致結(jié)論，與相關(guān)報(bào)道結(jié)論相似[12-19]。本研究通過ROC曲線分析CENPK基因在前列腺癌中的診斷價值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CENPK基因?qū)η傲邢侔┚哂幸欢ǖ脑\斷價值(AUC為0.625，靈敏度為60.8%，特異度為63.5%，95%CI為0.785～0.852)，同時分析不同特征前列腺癌患者CENPK基因表達(dá)情況，結(jié)果表明有生化復(fù)發(fā)、PSA>4 ng/mL、Gleason評分>7分、有腫瘤殘留、T分期為T3～T4期、有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者CENPK基因 mRNA高表達(dá)率明顯高于無生化復(fù)發(fā)、PSA≤4 ng/mL、Gleason評分≤7分、無腫瘤殘留、T分期為T1～T2b期、無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

CENPK基因表達(dá)不僅與多種癌癥患者的臨床及病理特征關(guān)系密切，而且影響患者的生存情況。WANG 等[14]通過TCGA數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)CENPK基因高表達(dá)肺腺癌患者的OS短于CENPK基因低表達(dá)肺腺癌患者(P=0.003)。MA等[20]研究發(fā)現(xiàn)，CENPK基因在肺癌患者中呈現(xiàn)高表達(dá)，而且同樣發(fā)現(xiàn)CENPK基因高表達(dá)肺腺癌患者的OS短于GENPK基因低表達(dá)肺腺癌患者，通過單因素和多因素分析認(rèn)為CENPK基因高表達(dá)可作為肺癌患者預(yù)后差的獨(dú)立危險因素。同時LIN等[21]研究發(fā)現(xiàn)，CENPK基因在宮頸癌組織中過表達(dá)，CENPK基因高表達(dá)宮頸癌患者的OS及DFS較CENPK基因低表達(dá)宮頸癌患者短。另有研究通過單因素和多因素分析發(fā)現(xiàn)，CENPK基因高表達(dá)可作為宮頸癌患者預(yù)后差的獨(dú)立危險因素，在胃癌患者中也能得出類似結(jié)論[18]。勒繼海等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在TNBC組織中，CENPK基因高表達(dá)組中位OS為24個月(95%CI10～39個月)，CENPK基因低表達(dá)組中位OS為42個月(95%CI19～50個月)，兩組OS比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=7.36，P=0.016)，認(rèn)為CENPK基因表達(dá)可能與TNBC患者預(yù)后有關(guān)，同時在卵巢癌患者中也能得出相似的結(jié)果[17]。GAO等[22]通過GEO數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)CENPK基因高表達(dá)小細(xì)胞肺癌患者的OS短于CENPK基因低表達(dá)患者，認(rèn)為CENPK基因可能是小細(xì)胞肺癌的潛在預(yù)后預(yù)測標(biāo)志物。本研究通過GEPIA數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，CENPK基因高表達(dá)組與CENPK基因低表達(dá)組的OS及DFS明顯短于CENPK基因低表達(dá)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.045、0.003)。

為了進(jìn)一步探討CENPK基因在前列腺癌發(fā)生、發(fā)展中的可能機(jī)制，基于CENPK基因的表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了GSEA通路富集分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、基因復(fù)制、剪接體、錯配修復(fù)途徑在CENPK基因高表達(dá)組中均有不同程度的富集。目前對于上述通路在前列腺癌中表達(dá)的研究較少，故CENPK基因的具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

綜上所述，通過TCGA和GEPIA數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)CENPK基因在前列腺癌組織中呈高表達(dá)，且與臨床特征及預(yù)后關(guān)系密切，可作為前列腺癌較好的診斷標(biāo)志物。