基于多种基因数据库分析RPC1在非小细胞肺癌的表达及意义

王黎源,陆 进,吴 玥,袁 圆

(1.蚌埠医学院人体解剖学教研室;2.组织移植安徽省重点实验室,安徽 蚌埠 233030)

肺癌是世界上严重威胁人类健康的恶性肿瘤之一,在我国因癌症死亡中占第一位[1]。NSCLC约占所有肺癌类型的85%左右,且大多数确诊时已处于晚期,预后较差。目前随着肿瘤分子生物学和基因组学的不断发展,很多证据表明,肿瘤在发生及发展的过程中常伴随着个体内核酸和蛋白质表达水平的改变[2-3]。驱动基因的异常表达或突变会对NSCLC的浸润、复发和迁移产生重要作用[4]。因此通过研究NSCLC在分子水平的发生及发展机制,对寻找新的分子靶点、研发新型基因药物及改善患者预后具有重要意义。

细胞质分裂调控蛋白1 (Protein regulator of cytokinesis1,PRC1)是Wei Jiang 等[5]在1998年寻找与细胞周期调控有关的细胞周期蛋白依赖性激酶( cyclin dependent kinases,CDKs) 的作用底物时首次发现的蛋白分子。在体外实验中发现,通过上调PRC1的表达促进了非小细胞肺癌细胞的增殖和迁移,并促进NSCLC细胞周期进入分裂期[6]。但目前针对PRC1基因在NSCLC组织中表达情况及临床意义的深入研究较少,且至今缺乏相关的系统评价。

本研究利用Oncomine和Kaplan-Meier Plotters数据库等在线基因分析工具对PRC1在非小细胞肺癌中的表达水平和生存预后情况进行分析,并通过Meta分析研究PRC1和非小细胞肺癌患者生存预后之间存在可能性的关系,为进一步研究PRC1在非小细胞肺癌的发生、发展及预后提供可靠依据。

1 材料与方法

1.1 Oncomine数据库本研究中,在Oncomine数据库设置检索条件为：(1)“癌症类型(cancer type)：Lung Cancer”;(2)“基因(gene)：PRC1”;(3)“数据类型(data type)：mRNA”;(4)“分析方法(analysis type)：Cancer vs Normal analysis”;(5)临界值设定条件[P<0.01,变化倍数(fold change)>2],基因排序[(gene rank) = top 10%]。结果使用箱状图展示。

1.2 Kaplan-Meier Plotter进行生存分析Kaplan-Meier Plotter 数据库筛选条件为：(1)“癌症类型(Cancer)：Lung Cancer”;(2)“基因(Gene)：PRC1”;(3)“生存(Survival)：OS (Overall survival,总生存期)”;(4)“组织学(Histology)：all/adenocarcinoma/squamous cell carcinoma”。

1.3 统计学分析正常组与非小细胞肺癌组之间PRC1表达差异使用t检验,双侧P<0.05差异具有统计学意义;PRC1的表达与NSCLC预后之间的关系采用Kaplan-Meier模型进行分析;PRC1细胞系表达使用CCLE分析。

2 结果

2.1 PRC1在NSCLC的表达结果Oncomine数据库中检索发现,自2001年起共有12项涉及到PRC1在NSCLC组织和正常组织中的表达的研究,共有774个样本,包括肺腺癌、鳞癌和大细胞肺癌与正常肺组织之间的比较。文章分别发表于Proc Natl Acad Sci USA、PLoS One、Cancer Res、Genome Res、BMC Genomics和Bioinformatics。对这12项研究结果进行Meta分析后发现,与正常对照组相比,PRC1基因在所有差异表达基因中的中位数排名为323.5,P<0.05,根据图1结果显示,PRC1在大部分NSCLC组织中呈高表达状态(见图1)。

图1 PRC1在Oncomine数据库中关于NSCLC和正常组织表达的12项研究

2.2 PRC1在不同的NSCLC芯片研究中均高表达Oncomine数据库中PRC1在不同NSCLC基因芯片的研究结果显示,在Hou等、Selamat等、Su等、Landi等6项研究中PRC1在NSCLC组的表达均高于正常对照组(P<0.01)(见图2)。

图2 Oncomine数据库中PRC1在不同NSCLC研究芯片中的表达

2.3 PRC1在CCLE中的细胞系分析在40类癌细胞中PRC1均有不同程度的表达,图3显示在NSCLC的肿瘤细胞中呈高表达,这与PRC1在NSCLC中高表达相一致(见图3)。

图3 CCLE对PRC1基因细胞系分析结果

2.4 Kaplan-Meier Plotter分析PRC1对NSCLC患者的预后根据结果显示,PRC1的表达水平对NSCLC患者总的生存时间具有显著影响。与PRC1低表达组相比,高表达组的生存时间显著降低。进一步进行亚组分析后发现,PRC1的表达水平对肺腺癌患者生存期有显著影响,但对鳞癌无显著影响(见图4)。

图4 PRC1的表达水平与NSCLC的生存预后关系

3 讨论

非小细胞肺癌目前已成为世界上发病率和死亡率较高的恶性肿瘤之一,多发于40岁以上的男性。按照病理类型可分为肺腺癌、鳞癌和大细胞肺癌。目前肺腺癌已成为最常见的非小细胞肺癌类型。近年来随着微创外科手术的进步、化疗药物的不断创新以及新型免疫治疗方法出现,对NSCLC的治疗取得了长足的发展,但仍存在一些局限性,使得NSCLC患者的预后仍然较差,病死率居高不下。随着近年来肿瘤分子生物学的不断发展,通过研究与肺癌发生、发展相关的靶基因,针对靶基因研发出治疗药物,可有效的延长患者的生存期。

PCR1基因定位在人的15号染色体(15q26.1),编码620个氨基酸组成的蛋白分子,其分子量是71kDa。其作为微管相关蛋白主要作用于微管形成纺锤体的过程中,在细胞有丝分裂期的胞质分裂过程中发挥主要作用,而胞质分裂过程中的任何异常最终都会导致细胞突变为癌细胞。P53基因已证实是与人类肿瘤相关的最重要的抑癌基因,Li C[7]等人的研究发现p53表达过高会导致PCR1的mRNA水平明显下降,而这主要是由于p53抑制了胞质分裂期的PRC1基因的启动子活性用以控制细胞的分裂;而在p53缺乏的细胞中PRC1的水平反而过高表达。因此,PRC1接受p53基因的负调控。

许多证据表明PRC1在多种肿瘤中均存在高表达的现象。PRC1在乳腺癌组织和癌细胞中的表达显著增高[8],同时TCGA数据库也显示PRC1在乳腺癌及胃癌组织中的表达明显高于癌旁组织;在膀胱癌细胞株中观察到PRC1表达水平增高;Espinosa等[9]的研究中发现PRC1在宫颈癌中呈高表达水平;同时Luo HW等[10]证实了高水平表达的PRC1与前列腺癌的无生化复发生存期呈负相关,而与临床病理恶性程度呈正相关。Chen J等[11]通过研究发现,PRC1高表达状态通过与Wnt/β-catenin信号通路相互调控从而促进肝癌细胞增殖、转移等,从而导致肝癌的早期复发和不良的预后。

尽管许多研究发现PRC1在多种肿瘤中表达过高,但由于各项研究存在抽样误差等原因,缺乏较高的可信度,因此我们在全球最大的基因芯片与整合数据挖掘的基因在线分析平台Oncomine中挖掘PRC1基因在常见肿瘤中的表达情况。该数据库目前共收录了715个基因表达数据集以及86733个癌症与正常组织的样本数据,且基因数量还在不断增加。利用该数据库可分析基因在癌症和正常组织中的表达差异、分析基因共表达、Meta分析,以及针对病理特征、基因表达和预后进行临床相关证据的分析。PRC1在结肠癌[12]、乳腺癌[13]、前列腺癌和膀胱癌[14]等诸多恶性肿瘤中表达均呈增高状态,提示PRC1可能是一个重要且常见的促癌基因,在多种肿瘤的发生及发展过程中发挥着至关重要的作用。我们利用Oncomine对关于肺癌的芯片的检测结果进行Meta分析,证明了PRC1在NSCLC中比正常肺组织中高表达的。同时,我们在CCLE中在线分析PRC1在细胞系中的表达结果也同样表明该基因在NSCLC中的高表达状态。

根据Tang Hao等人[15]的研究,PRC1可能与NSCLC预后较差相关,且发现经过化疗后的NSCLC患者与化疗前相比,癌组织中的PRC1水平有下降趋势,这进一步提示PRC1可作为评价NSCLC治疗的一个重要指标。在本研究中,我们首次利用Kaplan-Meier Plotters数据库分析PRC1在NSCLC的预后情况,研究结果显示PRC1与NSCLC的总生存率具有相关性,PRC1表达水平较高的患者预后较差,生存期显著降低。在进行亚组分析后发现,PRC1的表达状况与肺腺癌的预后呈显著相关,而与鳞癌患者的预后无显著性差异。

综上所述,PRC1基因在NSCLC中的高表达,可影响肿瘤的发生、发展和预后,该基因有望成为检测肺癌并判断预后状况的特异性肿瘤标志物,对未来研究靶基因药物有重要意义。