IQGAP3基因表达对膀胱癌患者临床病理和预后的影响

杜国伟，晏 鑫，郭梓鑫，蒋佳志，黄 凯，李 胜，2，刘同族，3

(1.武汉大学中南医院泌尿外科，湖北武汉 430071；2.武汉大学中南医院生物样本库，湖北武汉 430071；3.武汉市泌尿男生殖系肿瘤临床研究中心，湖北武汉 430071)

膀胱癌是最常见的恶性肿瘤之一，全世界每年有近74 000例新诊断的病例[1]。在中国，膀胱癌是男性泌尿生殖系统中最常见的癌症，居所有癌症中的第8位[2]。近3/4的高风险膀胱癌的患者将会复发、进展或诊断后10年内死亡[3]。尽管近年在诊疗方面取得了一定进展，但死亡率并没有明显改变[4]。因此，探索与膀胱癌的发生发展以及预后密切相关的基因，具有十分重要的临床意义。含有GTP酶异亮氨酸-谷氨酰胺序列激活蛋白3(IQ motif containing GTPase activating protein 3，IQGAP3)是一种可调节神经突生长的基因，被认为是Rac1和Cdc42的效应子,是海马神经元轴突生长所必需的[5]。IQGAP3在HeLa细胞的胞质分裂中发挥重要作用，RNA干扰IQGAP3的表达能导致胞质分裂受阻，产生多核细胞[6]。近年来，IQGAP3在肿瘤中的报道呈不断增多的趋势。IQGAP3被发现在多种肿瘤中表达增高，如在乳腺癌[7]、肺癌[8]、胰腺癌[9]和肝癌[10]。但是，国内外对于IQGAP3与膀胱癌的关系报道较少。因此，本研究通过生物信息学分析探讨IQGAP3基因与膀胱癌的关系，分析膀胱癌的临床特征和预后，为膀胱癌的研究和防治提供新的思路。

1 资料与方法

1.1数据来源从美国国家生物技术信息中心(National Center of Biotechnology Information，NCBI)的基因表达综合数据库(gene expression omnibus，GEO)(http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)中下载基因表达谱膀胱癌样本数据集GSE13507[11-12]。该数据集包含了165例原发性膀胱癌患者的基因表达谱及性别、年龄、TNM分期等临床信息和10例正常膀胱组织的基因表达谱。在GSE13507中，IQGAP3基因对应的探针为ILMN_1813638。

1.2方法

1.2.1数据集筛选和临床相关性研究 选择GSE13507数据集中所有膀胱癌相关的样本信息，排除临床资料缺失的样本。筛选完样本后，对IQGAP3的表达量进行由高到低排序，中位数(10.60)之前的样本作为高表达组(n=82)，之后的样本作为低表达组(n=83)。

1.2.2基因集富集分析 基因集富集分析(gene set enrichment analysis，GSEA)[13]采用GSEA 3.0版本进行分析。GSEA13507数据集中的肿瘤组织样本，根据IQGAP3的表达水平高低被分为两组，再通过GSEA分析IQGAP3的表达水平对各种生物通路基因集的影响。以Hallmark基因集为参照基因集，按照GSEA软件默认参数进行GSEA分析，置换次数为1 000次。

1.3统计学处理使用SPSS 21.0和Graphpad Prism 6.01软件进行统计分析。IQGAP3基因在正常膀胱组织和膀胱癌组织中的表达水平，采用两独立样本均数比较的t检验；采用χ2检验分析IQGAP3基因表达高低与膀胱癌患者临床特征的相关性；采用Log-rank检验进行各组间生存分析的比较。P<0.05为差异有统计学意义；在GSEA中，以P<0.05及错误发现率(false discovery rates，FDR)<0.25的基因集作为显著富集基因集。

2 结 果

2.1IQGAP3在正常膀胱组织与膀胱癌细胞中的表达情况本研究比较正常膀胱组织细胞(n=10)与膀胱癌细胞(n=165)样本中IQGAP3的表达情况，IQGAP3在膀胱癌细胞中表达水平为10.38±0.10，在正常膀胱组织中表达水平为7.74±0.12，两组比较差异有统计学意义(t=6.435，P<0.0001)。以上结果表明膀胱癌组织IQGAP3的基因表达水平显著高于正常膀胱组织(图1)。

图1 IQGAP3在膀胱癌组织与正常膀胱组织中的表达水平

2.2IQGAP3基因表达与膀胱癌患者临床病理特征的相关性本研究选择GSE13507数据集中165例膀胱癌患者的临床病理特征与IQGAP3基因在膀胱癌患者表达水平的高低进行χ2检验分析。统计分析结果显示(表1)，IQGAP3基因在膀胱癌中的表达水平与患者的年龄(P=0.001)、性别(P=0.042)、肿瘤的进展(P=0.002)、分级(P<0.001)、肌层浸润(P<0.001)、T分期(P=0.001)、N分期(P=0.013)方面的差异有统计学意义(P<0.05)，而与M分期(P=0.987)差异无统计学意义(P>0.05)。

2.3IQGAP3与膀胱癌患者的预后相关性利用生存分析评价IQGAP3基因与膀胱癌患者的预后相关性。本研究选取GSE13507数据集中肿瘤特异性生存结局、总生存结局及生存时间进行生存分析。统计分析结果显示(图2)，IQGAP3高表达患者和低表达患者的5年肿瘤特异性生存率分别为67.156%和93.318%(Log-rank=17.48，P<0.000 1，HR=0.185 9,95%CI：0.112 1～0.452 1，图2A)，5年总生存率分别为49.100%和72.800%(Log-rank=13.04，P=0.000 3，HR=0.418 0，95%CI：0.256 4～0.666 2，图2B)，差异有统计学意义。以上结果表明IQGAP3高表达组会影响膀胱癌患者的生存期，可作为膀胱癌患者预后的评价因子。

表1 IQGAP3基因表达水平与膀胱癌患者临床病理特征的相关性 (例)

*：IQGAP3高表达N分期有1例数据缺失。

图2 IQGAP3表达水平与膀胱癌患者的预后相关性A、B分别为与肿瘤特异性生存率、总生存率的关系。

2.4IQGAP3基因高表达的GSEA分析本研究选取GSEA13507数据集，运用GSEA分析方法初步分析IQGAP3基因表达水平对各种生物信号通路的影响，探讨可能与之相关的机制。GSEA结果提示IQGAP3高表达的样本富集了与调节精子发生、G2M检查点、E2F信号通路、有丝分裂纺锤体、去折叠蛋白反应相关的基因集(表2)，表明IQGAP3可能通过调节这些生物学过程或通路等方式影响膀胱癌的发生及发展。

表2 IQGAP3高表达的膀胱样本基因集富集分析

3 讨 论

含有GTP酶异亮氨酸-谷氨酰胺序列激活蛋白(IQGAP)家族由3个成员组成：IQGAP1、IQGAP2和IQGAP3。2007年IQGAP3基因开始被发现[5]，是这个家族的最新成员，它参与了上皮细胞的增殖，然而，其在肿瘤发生中的作用仍有待确定[14-15]。IQGAP3位于1q22染色体，这是癌症基因扩增的热点，并在肝脏和肠道等器官中受到限制性表达[5]。此前,相关研究表明IQGAP3基因可能参与多种癌症的病理过程。例如，HU等[7]发现IQGAP3在乳腺癌中表达显著增加，可作为乳腺癌进展期细胞增殖和转移的关键调节因子；YANG等[8]研究发现IQGAP3在肺癌中高表达，它能促进肺癌细胞的生长以及迁移和侵袭；QIAN等[10]研究表明，IQGAP3在肝细胞肝癌中表达显著高于肝硬化患者和健康对照者，可能成为肝细胞肝癌筛查和诊断的新型互补生物标志物。此外，KIM等[16]研究发现尿游离核酸IQGAP3明显高于正常对照组，尿游离核酸IQGAP3可能是膀胱癌的补充诊断生物标志物。总之，以上文献证实IQGAP3与肿瘤发生和发展相关。然而，对于IQGAP3在膀胱癌中的表达以及临床意义，国内外研究较少或不够全面。

本研究通过回顾性分析发现，IQGAP3在膀胱癌组织中的表达比在正常组织中显著增高，表明其在膀胱癌细胞中为高表达，可能作为促癌基因。进一步分析提示，IQGAP3的表达与膀胱癌患者的性别、年龄、肿瘤的进展、分级、肌层浸润、T分期、N分期密切相关。高表达IQGAP3基因的膀胱癌患者肿瘤分期、疾病分级、病情进展、生存期方面明显差于低表达IQGAP3的膀胱癌患者，说明IQGAP3基因的高表达与膀胱癌的恶性程度、疾病进展、预后相关，这与前面提到的国内外学者的研究结果相一致[7-8,10,16]。以上分析表明IQGAP3可能成为膀胱癌患者预后的评价分子之一。

探讨IQGAP3基因可能调控的相关信号通路，相关研究证明IQGAP3特异性定位于有丝分裂后期的赤道皮层，通过调节相关蛋白在有丝分裂期间对收缩装置的定位来影响细胞增殖分裂[17]。最新研究表明IQGAP3影响心肌细胞的细胞周期，通过IQGAP3与有丝分裂纺锤体的定位模式分析，区分心肌细胞的增殖与双核化[18]。本研究通过GSEA分析显示，IQGAP3可能通过多种与细胞周期相关的生物学过程(如精子发生、G2M检查点、E2F信号通路、有丝分裂纺锤体、及未折叠蛋白反应)来调节膀胱癌细胞增殖，这与前面述及IQGAP3通过调节细胞周期影响细胞增殖的结果一致[17-18]，提示IQGAP3在膀胱癌细胞中也可能存在类似的机制，即IQGAP3可能通过调节膀胱细胞周期影响膀胱癌细胞的增殖。

综上所述，IQGAP3在膀胱癌的发生及发展中发挥着重要作用，可能成为潜在的判断膀胱癌预后的标志物及肿瘤防治的新靶点。未来需开展更深入的机制研究加以验证。