FABP家族与胃癌风险、预后的相关性及其功能研究

刘松意 宫月华 邢承忠

中国医科大学附属第一医院肛肠外科中国医科大学附属第一医院肿瘤病因与筛查研究室(110001)

背景：胃癌是常见的消化道肿瘤。脂肪酸在胃癌发展过程中起有重要作用。脂肪酸的功能需要脂肪酸结合蛋白(FABP)的参与。目的：系统分析FABP家族对胃癌发生风险和预后的影响并了解FABP家族的潜在功能。方法：利用ONCOMINE数据库分析胃癌与癌旁组织中FABP家族成员的mRNA差异表达，应用GEPIA数据库进行验证，并分析FABP家族成员与胃癌患者生存之间的关系。应用人类蛋白图谱数据库分析胃癌中FABP家族成员蛋白差异表达变化。应用STRING、DAVID数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用分析和GO、KEGG富集分析。结果：与正常胃组织相比，胃癌中FABP3/4/7表达明显下调，FABP1表达存在争议。生存分析结果显示，FABP3/4/8 mRNA低水平者的总体生存率高。GO分析显示FABP家族主要富集于生物过程、细胞质和分子功能变化。KEGG分析显示FABP家族主要参与PPAR信号通路、脂肪的消化与吸收信号通路。结论：FABP3/4/7可作为胃癌发生风险的标志物，FABP3/4/8可作为胃癌的预后标志物。FABP的作用可能与PPAR途径和脂质代谢途径有关。

胃癌是世界上最常见的肿瘤之一，其致死率在所有肿瘤中排第四位[1]。胃癌的早期诊断率低，晚期治疗方式少，造成胃癌患者的预后较差。目前胃癌的发生、发展机制尚不明确，脂质代谢可能起有重要作用[2]。目前发现脂肪酸结合蛋白(fatty acid-binding protein, FABP)包括9个成员，主要在参与脂质代谢的组织中表达[3]。FABP的组织分布和生物学功能的差异决定了不同成员在肿瘤中的不同作用，其在大多数恶性肿瘤中表达，如前列腺癌，乳腺癌、肝癌、膀胱癌和肺癌[4]。肿瘤发生时，脂质作为能量供应者维持着癌细胞的增殖、存活、侵袭和血管生成等过程，成为肿瘤组织持续增长的重要原因[5]。而FABP通过结合脂肪酸，并激活多种信号通路参与该过程。但其在胃癌中的情况少见报道。本研究通过生物信息学方法，从mRNA和蛋白两个层面探究FABP家族在胃癌中的表达，评估对胃癌患者预后的影响，并预测其参与胃癌发生、发展的可能信号途径，旨在为胃癌的研究提供可靠的理论和实验基础。

资料与方法

一、ONCOMINE数据库分析

利用ONCOMINE(https://www.oncomine.org/resource/main.html)数据库[6]，获取FABP家族在胃癌中的mRNA表达情况，并应用t检验分析其在癌症与癌旁之间的差异表达。当P<0.05且差异倍数(FC)超过2倍时，判定为存在表达差异。

二、GEPIA数据库分析

GEPIA(http://gepia.cancer-pku.cn/)数据库用于分析来自肿瘤基因组图谱(TCGA)的9 000余例肿瘤样本和GTEx数据库的8 000余例正常样品的RNA测序表达[7]。为增加数据的可信度，从GEPIA数据库中获取FABP家族在胃癌和癌旁组织中的表达情况。P<0.05且FC超过2倍时定义为存在差异表达。同时，分析FABP家族对胃癌患者预后的影响。

三、人类蛋白质图谱(The Human Protein Atlas)分析

人类蛋白质图谱使用多种组学技术来表征细胞、组织和器官中所有人类蛋白质。从人类蛋白质图谱中获取FABP在胃癌中的免疫组化染色图，分析其在胃癌组织中的原位表达分布。

四、蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络和功能通路富集分析

利用STRING在线数据库(https://string-db.org/)[8]对FABP家族进行PPI分析。同时利用DAVID (https://david.ncifcrf.gov/home.jsp)[9]以及Cytoscape的ClueGo插件对FABP家族进行GO和KEGG通路富集分析[10]。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

一、FABP家族mRNA差异表达分析

ONCOMINE数据库分析结果显示，在Chen Gastric数据集中，FABP1在弥漫型胃腺癌(FC=-9.871，P=0.000 4)和混合型胃腺癌(FC=-14.263，P=0.003)中显著低表达；在Cho Gastric数据集中，FABP3在肠型胃腺癌(FC=-2.040，P=0.000 2)中显著低表达；Wang Gastric数据集示胃癌组织中FABP3表达显著低于正常组织(FC=-2.404，P=0.005)。在Cho、Cui和DErrico数据集示FABP4在多种胃癌分型中显著低表达；DErrico数据集示弥漫型胃腺癌(FC=-2.259，P=0.005)和肠型胃腺癌(FC=-2.577，P=0.000 4)中FABP7表达明显下调(图1A)。而胃癌组织中FABP2/5/6/8/9表达与癌旁对照无明显差异(图1B)。

图1 ONCOMINE数据库中FABP家族在各种癌症中的差异表达结果

GEPIA数据库分析结果显示，与癌旁组织相比，胃癌组织中FABP4表达明显下调(P<0.05)，FABP1表达显著上调(P<0.05)，其余FABP家族成员无明显差异(图2)。

图2 GEPIA数据库中FABP家族在胃癌中的差异表达结果

二、FABP家族蛋白差异表达分析

人类蛋白质图谱分析结果显示，FABP家族的9个分子均定位于胃上皮组织的细胞质中。胃癌组织中FABP1表达明显上调，FABP3/7表达明显下调，而FABP2/4/5/6/9表达无明显差异(图3)(FABP8由于缺乏相关信息，故缺乏结果)。

图3 胃癌中FABP家族蛋白水平的差异表达(免疫组化染色，×100)

三、FABP家族mRNA表达与胃癌预后的关系

生存分析发现，FABP3/4/8 mRNA表达低的胃癌患者的生存率高于高表达者(图4)。

图4 FABP家族mRNA表达对胃癌预后的价值

四、FABP家族PPI网络分析以及GO和KEGG功能通路富集分析

PPI网络分析结果显示，FABP家族之间存在明显的相互作用，其中FABP1/4/6与其他分子的连接数均达到7个，FABP2/3/5/7/9的连接数均为3个，而FABP8的连接数为2个(图5)。GO通路分析结果显示，FABP家族在生物过程中富集于三酰甘油分解代谢(triglyceride catabolic process)和运输(transport)；富集于细胞质(cytosol)；在分子功能的变化中富集于转运活性(transporter activity)、脂质结合(lipid binding)、脂肪酸结合(fatty acid binding)、长链脂肪酸转运蛋白活性(long-chain fatty acid transporter activity)和胆汁酸结合(bile acid binding)(图6)。KEGG通路富集分析显示，FABP家族主要参与PPAR信号通路(PPAR signaling pathway)、脂肪消化与吸收信号通路(fat digestion and absorption)(图7)。与DAVID分析结果一致。

图5 FABP家族的PPI网络分析

图6 FABP家族的GO功能富集分析

图7 FABP家族的KEGG通路富集分析

讨 论

为满足增殖需求，肿瘤细胞需产生大量脂肪酸以提供膜结构，且该过程需要能量。因此，靶向脂肪酸的合成代谢可能在胃癌中发挥重要作用。脂肪酸的合成代谢需要FABP的参与。目前已证实FABP对多种癌症的发生和预后具有重要作用，但尚未见其在胃癌中总体生物信息学分析的研究。系统了解FABP家族基因在胃癌发生、发展中的表达变化以及FABP家族功能的潜在生物学意义对揭示胃癌进展的关键机制至关重要，有助于为改善胃癌预后提供准确的治疗靶标。

本研究通过应用ONCOMINE数据库发现胃癌中FABP1/3/4/7表达下调。GEPIA数据库结果显示FABP4在胃癌中表达下调，FABP1表达上调，而FABP3/7表达无明显差异。两个数据库结果不一致可能是由于数据库样本异质性所致。Jin等[11]的研究发现FABP4表达在胃癌中显著下调。目前仍未见FABP3在胃癌中表达的研究，Tang等[12]发现肺癌中FABP3显著高表达，并与不良预后有关。未来需进一步扩大样本量以验证上述结果。

本研究进一步发现，胃癌中FABP1蛋白表达明显上调，而FABP3/7蛋白表达明显下调。Hashimoto等[13]发现，FABP3蛋白在胃癌中的表达阳性率较低，并与肿瘤侵袭、转移相关。Hashimoto等[3]还发现，FABP1在胃乳头状癌中阳性表达。目前尚未见FABP7蛋白在胃癌中的表达情况。Ma等[14]发现FABP7在结肠癌中高表达，通过促进结肠癌细胞增殖、集落形成、细胞周期进程和抑制细胞凋亡来促进肿瘤的进展。综上所述，在胃癌的发生、发展过程中，推测FABP3和FABP7从转录水平开始就处于被抑制的状态，导致了癌症的进展。FABP1蛋白表达趋势与GEPIA数据库的mRNA表达结果一致，但与ONCOMINE数据库的mRNA表达结果相反，仍需进一步实验以发现其真实的表达变化趋势。

FABP对癌症患者的预后有一定的预测作用。FABP3高表达与肝细胞癌的不良预后显著相关，是评估肝细胞癌预后的潜在候选生物学标志物[15]。FABP4可抑制肝癌细胞的增殖和侵袭，并预示肝癌预后不良[16]。Satoh等[17]发现FABP1是预测胃癌腹膜转移的可靠指标。本研究中，FABP3/4 mRNA低表达者的总体生存率更高，为今后临床治疗靶标研究提供了新的方向。此外，胃癌中FABP8 mRNA表达与对照组无明显差异，但其与胃癌预后显著相关。推测在胃癌的发生过程中，FABP8可能不发挥作用，并不是胃癌的风险因子，但其能影响胃癌患者的生存，可作为胃癌的预后因子。

对FABP家族蛋白进行PPI网络的构建，结果显示FABP1/4/6与其他FABP家族有更多关联，是整个PPI网络的中枢核心分子。FABP家族的GO功能分析获得了三个最有意义的功能模块。模块一的生物学过程主要富集于三酰甘油分解代谢和运输功能，提示FABP家族可能通过影响三酰甘油代谢和调控转运功能来调控胃癌细胞生长。研究发现，FABP家族蛋白表达下降导致脂肪酸代谢降低，促进脂肪酸蓄积，从而诱导肿瘤细胞的凋亡来发挥抗肿瘤作用[18]。模块二主要富集于细胞质中，免疫组化染色结果同样证实FABP家族主要在细胞质中发挥作用参与肿瘤进展。模块三主要富集于转运活性、脂质结合、脂肪酸结合、长链脂肪酸转运蛋白活性和胆汁酸结合方面，提示FABP家族可能通过参与脂质代谢和调控胆汁酸结合来影响肿瘤的发生、发展。KEGG分析结果提示FABP家族主要参与PPAR信号通路、脂肪消化与吸收信号通路。有研究表明，长链脂肪酸及其代谢产物可调节多种转录因子(包括PPAR和LXR)的功能或定位[19]。FABP1与这些蛋白质具有相似的结合特性，因此FABP1可能通过影响这些转录因子及其配体的功能来激活代谢。FABP4可诱导内质网应激在肝细胞癌中起关键作用，并参与多种肿瘤中PPAR-γ活化[20-21]。Wu等[22]的研究结果显示，FABP5/6/7与PPARα呈负相关，上调FABP5/6/7可能会降低脂肪酸的氧化并增加细胞内脂质脂肪酸含量以促进肿瘤生长。

综上所述，本研究利用公共数据库资源系统地分析了FABP家族分子在胃癌中的作用，结果显示FABP1/3/4/7可能是用于胃癌诊断、治疗的潜在靶标，FABP3/4/8可预示胃癌患者的预后。此外，FABP家族在胃癌中的作用可能与PPARα介导的氧化和脂肪酸介导的脂质代谢相关。但研究结论需行进一步实验验证，FABP家族及其潜在的机制分析可为今后胃癌的研究奠定基础。