KIF4A在乳腺癌中的功能分析及临床意义

吴珏堃 熊志勇

【摘要】 目的 研究KIF4A基因在乳腺癌中的表达情况，并探讨其可能的作用机制及表达差异与预后的关系。方法 从肿瘤基因组图谱（TCGA）数据库收集乳腺癌数据集，下载KIF4A基因表达谱资料，相对表达量的中位数为5.77，以5.77为节点将乳腺癌患者分为KIF4A高表达组与KIF4A低表达组，分析其与病例特征的关系;利用Kaplan?Meier Plotter分析KIF4A与乳腺癌患者预后的相关性。结果 KIF4A在乳腺癌組织中的表达明显高于正常乳腺组织及乳腺细胞（P<0.01），KIF4A主要分布于细胞核和细胞骨架中，KEGG通路分析和GO功能分析显示KIF4A与细胞周期、RNA转运、P53信号通路、细胞分裂、端粒维持重组等功能有关。KIF4A与Ki67的表达高度正相关（P<0.001），预后分析表明KIF4A表达越高，乳腺癌患者总生存时间和无复发生存时间更短（P<0.001）。KIF4A的表达与淋巴结阴性乳腺癌的总生存率具有负相关性（P<0.001），而与淋巴结阳性乳腺癌的总生存率则不相关。结论 在乳腺癌中，KIF4A高表达并且和患者的预后相关，KIF4A在乳腺癌的发生中可能起着重要作用。

【关键词】 乳腺癌;功能分析;KIF4A;预后

【Abstract】 Objective  To investigate the expression level of KIF4A gene in breast cancer，explore the potential mechanism and unravel the relationship between the expression difference and clinical prognosis. Methods  Data sets of breast cancer patients were collected from The Cancer Genome Atlas （TCGA） database and the expression profile of KIF4A gene was downloaded. The median relative expression level was 5.77. All participants were divided into the high? and low?expression groups according to the value of 5.77. The relationship between KIF4A gene expression and clinical characteristics was analyzed. Kaplan?Meier plot was utilized to analyze the correlation between KIF4A gene and clinical prognosis of breast cancer patients. Results  The expression level of KIF4A in the breast cancer tissues was significantly higher than that in the normal breast tissues and cells （P<0.01）. KIF4A was mainly distributed in the nucleus and cytoskeleton. KEGG pathway analysis and GO function analysis demonstrated that KIF4A was associated with cell cycle，RNA transport，P53 signaling pathway，cell division，telomere maintenance and recombination，etc. The KIF4A was positively correlated with the expression of Ki67 （P<0.001）. Prognostic analysis revealed that the higher the expression of KIF4A，the shorter the overall survival and recurrence?free survival time of breast cancer patients （P<0.001）. The expression of KIF4A was negatively correlated with the overall survival rate of patients diagnosed with lymph node?negative breast cancer （P<0.001），whereas it was not associated with that of their counterparts with lymph node?positive breast cancer. Conclusion  KIF4A is highly expressed in breast cancer patients and is associated with clinical prognosis. KIF4A may play a pivotal role in the incidence of breast cancer.

【Key words】 Breast cancer;Functional analysis;KIF4A;Prognosis

乳腺癌是女性常见、病死率高的恶性肿瘤之一[1]。乳腺癌的发生与遗传、激素影响、生活方式等因素相关，但其具体发病机制尚未明确。乳腺癌的发生发展过程复杂，涉及多条信号通路[2]。其中驱动蛋白家族蛋白（KIF）作为在有丝分裂中沿着微管转运染色体的工具分子在乳腺癌的疾病进展中发挥着重要作用[3]。KIF是一类马达蛋白，利用ATP水解释放的能量，使其自身及转运的货物沿微管运动，参与细胞内物质运输、细胞的分裂并信号转导，其家族有14个发挥着不同功能的成员，其中KIF4A可在染色体收缩和有丝分裂的机械隔离中发挥作用[4]。研究表明，KIF4A与多种肿瘤的发生发展密切相关[5?9]。阿霉素可诱导乳腺癌细胞系凋亡，其机制可能涉及下调KIF4A进而导致DNA修复酶聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶?1（PARP?1）上调[10]。但是对KIF4A基因在乳腺癌中的表达及具体机制仍未明确，在本研究中，笔者通过肿瘤基因组图谱TCGA数据库，研究KIF4A在乳腺癌中的表达及其对预后的影响，并分析其在乳腺癌中可能的生物功能，为进一步研究KIF4A在肿瘤发生发展中的作用机制提供线索和思路。

材料与方法

一、 数据收集

利用Bioconductor/TCGAbiolinks函数包从肿瘤基因图谱TCGA数据库下载并预处理乳腺癌数据集的mRNA表达数据，在人类蛋白图谱数据库中验证KIF4A蛋白在乳腺癌中的表达水平，利用Kaplan?Meier Plotter在线分析KIF4A与乳腺癌患者预后的相关性。利用Chipbase在线分析基因表达相关性。

二、KIF4A的相关基因分析

通过TCGA数据库分析KIF4A基因在乳腺癌组织中具有相关性的基因群，设置相关系数>0.4或<-0.4，筛选出638个基因，进一步通过DAVID分析软件对KIF4A具有相关性的基因群进行KEGG和GO分析。

三、统计学处理

采用SPSS 17.0分析数据。计量资料以x±s表示，2组间比较采用独立样本t检验，基因表达之间的关系采用Pearson相关分析，生存分析采用Kaplan?Meier Plotter。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

一、KIF4A基因在乳腺癌中的表达

利用TCGA数据库的数据分析了KIF4A基因在113名正常人的乳腺组织、1 090例乳腺癌患者中mRNA的表达情况，KIF4A在乳腺癌中的相对表达水平为6.91±0.32，高于正常乳腺组织的相对表达水平0.33±0.07（t=5.978，P<0.01）。人类蛋白图谱数据库中的临床样本分析结果显示，KIF4A在乳腺癌组织中的表达量高于正常乳腺组织，见图1。

二、KIF4A基因在乳腺癌细胞内分布情况

人类蛋白图谱数据库收集到乳腺癌及乳腺正常组织的免疫组织化学检查（免疫组化）图，结果显示KIF4A主要分布于细胞核和细胞骨架中，见图2。

三、KIF4A在乳腺癌中的功能分析

分析TCGA数据库中乳腺癌的基因表达数据，采用Pearson相关分析筛选出与KIF4A表达具有正相关关系的基因563个，具有负相关关系的基因75个。进一步通过DAVID分析软件对KIF4A具有相关性的基因群进行KEGG和GO分析，KEGG通路分析显示KIF4A与DNA复制、范可尼贫血途径、细胞周期、卵母细胞减数分裂、RNA转运、人类亲T细胞病毒?1（HTLV?1）感染、嘌呤代谢、mRNA监测途径、病毒致癌、P53信号通路等相关，GO功能分析显示KIF4A与细胞分裂、核分裂、DNA复制、姐妹染色单体结合、有絲分裂细胞G1/S期、有丝分裂细胞G2/M期、染色体转移、染色体分离、重组启动、端粒维持重组相关。Ki67是一种增殖细胞相关的核抗原，其功能与有丝分裂密切相关，可反映肿瘤细胞的增殖和侵袭能力，分析乳腺癌中KIF4A  mRNA表达与Ki67表达的相关性，结果显示它们高度相关（r =0.94、P<0.001），见图3。

四、 KIF4A表达与乳腺癌预后的相关性

从TCGA数据库中下载乳腺癌KIF4A mRNA表达数据和相应肿瘤患者生存时间数据，相对表达量的中位数为5.77，以5.77为节点将乳腺癌患者分为KIF4A高表达组与KIF4A低表达组。利用Kaplan?Meier Plotter对这些肿瘤的数据集进行在线生存分析。结果显示，KIF4A的表达与乳腺癌患者的总生存率（HR=1.8、P<0.001）、无复发生存率（HR=1.75、P<0.001）有相关性，KIF4A表达越高，乳腺癌患者总生存时间和无复发生存时间更短，见图4。因为KIF4A可能和肿瘤侵袭转移相关，再进一步分析了淋巴结转移阳性和阴性的乳腺癌患者的总生存率和无复发生存率，结果显示，对于无复发生存率，KIF4A的表达与淋巴结阴性（HR=1.62、P<0.001）和淋巴结阳性（HR=1.82、P<0.001）均具有相关性。但对于总生存率，KIF4A的表达与淋巴结阴性乳腺癌预后具有相关性（HR=2.16、P<0.001），而与淋巴结阳性乳腺癌无相关性（HR=1.02、P=0.920），见图5。

讨论

KIF通过微管的分子马达蛋白可沿微管做定向运动，进而在细胞内运输机制中发挥着重要的作用，同时也在细胞有丝分裂和维持细胞形态中起着关键作用[11]。KIF4A参与染色体的浓缩与分离，是有丝分裂胞质分裂和后期纺锤体动力学的关键因素，其参与细胞内物质运输、细胞有丝分裂调控、DNA损伤修复、免疫细胞的活化及神经系统发育等[12]。

在本研究中，笔者利用TCGA数据库的数据分析了乳腺癌中KIF4A mRNA的表达情况，发现KIF4A在乳腺癌中的表达明显高于正常乳腺组织，利用人类蛋白图谱数据库中的样本对KIF4A的细胞内水平进行分析发现KIF4A主要分布于细胞核和细胞骨架中，同时对在乳腺癌中与KIF4A表达相关的基因群进行KEGG和GO分析，发现KIF4A与DNA复制、范可尼贫血途径、细胞周期、卵母细胞减数分裂、RNA转运、HTLV?1感染、嘌呤代谢、mRNA监测途径、病毒致癌、P53信号通路等相关，与细胞分裂、核分裂、DNA复制、姐妹染色单体结合、有丝分裂细胞G1/S期、有丝分裂细胞G2/M期、染色体转移、染色体分离、重组启动、端粒维持重组有关，这与研究表明的KIF4A主要参与细胞有丝分裂和细胞运动结果相一致[12]。

在乳腺癌原发病灶较大、有腋窝淋巴结转移和国际抗癌联盟（UICC）分期较晚者中，Ki67表达阳性可反映肿瘤细胞的增殖和侵袭能力强，恶性程度高。在浸润性乳腺癌中发现Ki67与肿瘤细胞增殖及侵袭转移密切相关。因此肿瘤生长速度快、侵袭性大，转移的机会高，预后差。Ki67高表达是乳腺癌预后不良的指标[13]。笔者分析了乳腺癌中KIF4A和Ki67的基因表达相关性，结果发现两者高度相关，提示KIF4A在乳腺癌的淋巴结转移和远处转移中可能具有重要的作用，其具体机制有待进一步的研究。

生存分析表明，KIF4A的表达与乳腺癌患者的总生存率、无复发生存率均具有相关性，KIF4A表达越高，乳腺癌患者总生存时间和无复发生存时间更短。我们进一步分析了淋巴结转移阳性和阴性的乳腺患者的总生存率和无复发生存率，发现无论淋巴结阴性或阳性，KIF4A的表达与乳腺癌患者的无复发生存率均具有相关性，但是对于总生存率，KIF4A的表达与淋巴结阴性乳腺癌预后具有相关性，而淋巴结阳性乳腺癌则无关。结合KIF4A与Ki67高度相关，这提示KIF4A与肿瘤转移高度相关，我们推测在淋巴结阳性的乳腺癌组织中，KIF4A均呈高表达，所以高表达KIF4A和低表达KIF4A的患者无明显预后差别，而对于淋巴结阴性的乳腺癌，高表达KIF4A的乳腺癌患者生存率明显下降，这提示KIF4A可预测淋巴结阴性的乳腺癌患者的预后，同时可预测是否有淋巴结转移，这与KIF4A在结直肠癌中也与淋巴结转移有关的结论相一致[8]。

在本研究中，笔者通过生物信息学分析为KIF4A基因的功能学研究提供了基础。综上所述，KIF4A与乳腺癌的发生发展有着密切相关性，对其作深入研究可进一步揭示其在乳腺癌中的功能及作用机制，深入的研究可为肿瘤的预防和治疗提供新的思路。由于KIF4A在有丝分裂中的特殊作用，选择性抑制KIF4A的活性，进而抑制细胞有丝分裂的过程，可能会成为新的抗肿瘤策略。

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（收稿日期：2018?09?18）

（本文编辑：洪悦民）