基于数据库挖掘分析BUB1基因在卵巢癌中的表达及意义

马玉博，张乃文，潘 博，刘晓雪，任凤云

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院影像科，黑龙江 牡丹江 157011)

卵巢癌是世界上最致命的妇科恶性肿瘤之一，尽管其他妇科癌症的发病率较高，但卵巢癌的死亡率是位居女性生殖系统肿瘤第一位[1]，对人类的健康造成较严重的危害。所以早发现、早诊断对卵巢癌的治疗显得尤为关键。BUB1是一种有丝分裂检查点丝氨酸/苏氨酸激酶，在染色体分离[2-3]及中肾细胞癌[4]、乳腺癌[5]的发生发展中均发挥着关键作用。但BUB1目前在卵巢癌的研究中相对较少。故本文利用多个在线数据库分析BUB1在卵巢癌中的表达，分析BUB1和免疫细胞浸润在卵巢癌中的作用及对卵巢癌病人预后的影响，为进一步研究BUB1在卵巢癌的发生发展及预后中的意义提供一定理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 BUB1在各种肿瘤中的表达ONCOMINE数据库能够提供正常组织和肿瘤组织中的基因差异表达，通过ONCOMINE数据库分析BUB1在各种肿瘤中的表达情况，筛选条件为：(1)gene：BUB1；(2)cancer type：Ovarian Cancer；(3)data type：mRNA；(4)analysis type：cancer vs normal analysis；(5)设置临界值为P<0.001，Fold Change>2，Gene Rank=Top10%，检索BUB1在各种肿瘤中的表达。

1.2 BUB1在卵巢癌中的表达及相关性分析

1.2.1 BUB1在卵巢癌与正常组织中的表达水平 利用GEPIA数据库分析BUB1在卵巢癌中的表达情况，筛选条件为：(1)Expression DIY：Box plot；(2)Gene：BUB1；(3)Datasets Selection：OV。其他设为默认值，据此分析BUB1在卵巢癌中的表达情况。

1.2.2 BUB1与关键基因的相关性分析 利用GEPIA数据库分析BUB1与关键基因的相关性分析，在数据库检索界面中输入检索条件：(1)correlation analysis；(2)gene A：BUB1，gene B：AURKA、DLGAP5、KIF2C、TPX2；(3)Dataset selection：OV。

1.3 BUB1与卵巢癌患者预后的关系利用Kaplan-Meier Plotter数据库检索分析BUB1的表达水平与卵巢癌患者预后的关系。检索条件：(1)选择：Ovarian Cancer；(2)Gene：BUB1；(3)Split Patients By：Auto Select Best Cutoff；(4)Survival：选择“OS”，在以上筛选条件下，分析BUB1的表达水平与卵巢癌患者预后的关系。

1.4 BUB1在卵巢癌中的分子调控网络通过Coexpedia数据库对BUB1进行在卵巢癌中的分子调控网络分析。筛选条件为：(1)Submit：Human BUB1；(2)MeSH incl.Neoplasms：Ovarian Neoplasms，得到BUB1在卵巢癌中的共表达基因网络图。利用score筛选关键基因进行研究。

1.5 基因富集分析利用FunRich软件进行基因注释分析，分别显示BUB1及共表达基因的细胞组成、分子功能、生物学过程。筛选条件：(1)Add dataset：输入BUB1和通过Coexpedia获得的Score>13的19个基因；(2)gene enrichment analysis：cellular component、molecular function、biological process；(3)临界值设定为P<0.05。通过WebGestalt数据库进行KEGG通路富集分析，以探讨BUB1在基因功能及信号通路中的作用。

1.6 统计学分析采用数据库默认的统计学方法。单因素方差分析正常组织和卵巢癌中BUB1的表达；Pearson分析BUB1与其关键基因的表达相关性；病人的生存率利用Kaplan-Meier计算，log-rank检验比较BUB1高、低表达组的生存率。P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 BUB1在各种肿瘤中的表达Oncomine数据库中检索结果显示，BUB1在各肿瘤中表达的相关研究有424项，其中高表达85项，低表达15项。BUB1在结直肠癌、肺癌、淋巴瘤、胃癌、肉瘤等组织中均呈现高表达，未见低表达情况，见图1。

图1 Oncomine数据库中BUB1在各种肿瘤中的表达情况

2.2 BUB1在卵巢癌组织和正常组织中的表达差异在GEPIA数据库中对卵巢癌组织(426例)及正常组织(88例)在mRNA水平上的表达情况进行比较，结果表明，BUB1在卵巢癌组织中的表达水平显著高于正常组织，且差异具有统计学意义(P<0.05)，见图2。

图2 BUB1在卵巢癌组织和正常组织中的表达差异

2.3 BUB1与卵巢癌患者预后的关系Kaplan-Meier Plotter数据库分析BUB1的表达水平对肿瘤病人总生存期的影响，提示高表达水平的BUB1在卵巢癌中预示更差的总生存期(P=0.0024)，见图3。

图3 BUB1表达与卵巢癌患者生存的关系

2.4 BUB1在卵巢癌中的分子调控网络在本研究中，通过Coexpedia数据库选择出BUB1在卵巢癌中的共表达基因共170个，见图4。其中score>13的共表达基因有19个：AURKA、DLGAP5、KIF2C、TPX2、BUB1B、DEPDC1、KIF23、CDCA3、TTK、ASPM、BIRC5、HJURP、PRC1、CENPF、TOP2A、KIF20A、CCNB2、PTTG1和CCNB1。按score高低排序，筛选出排名前4的关键基因进一步分析，关键基因分别为AURKA、DLGAP5、KIF2C、TPX2。

图4 BUB1在卵巢癌中的共表达分子网络

2.5 基因富集分析结果Funrich软件完成BUB1及共表达基因的注释分析，细胞组成方面，7个基因主要分布在细胞核(P<0.001)，5个基因主要分布在细胞质(P=0.015)；分子功能方面，TPX2在ATP结合方面发挥着重要作用(P=0.007)，DLGAP5在磷蛋白质磷酸酶活性中发挥着作用(P=0.007)。生物学过程方面，PRC1参与细胞周期过程(P=0.024)，9个基因在细胞通讯和细胞传导方面起着重要作用(P<0.05)。信号通路方面，4个基因参与FOXM1转录因子网络通路(P<0.001)，5个基因参与有丝分裂前中期通路(P<0.001)。KEGG通路富集分析主要参与卵母细胞减数分裂、孕卵母细胞成熟、细胞周期的进程。见表1至表3，图5。

表1 BUB1共表达基因在各细胞组分中的富集情况

表2 BUB1共表达基因参与的分子功能

表3 BUB1共表达基因参与的生物学过程

图5 BUB1共表达基因的KEGG富集分析

2.6 BUB1与关键基因的相关性分析结果GEPIA数据库显示，BUB1在mRNA的表达水平与AURKA、DLGAP5、KIF2C和TPX2的mRNA表达呈显著正相关，其相关性系数R分别为0.77、0.84、0.81、0.76，见图6。

图6 BUB1与关键基因表达的相关性

3 讨论

在全球范围内，卵巢癌是女性中第七种常见恶性肿瘤[6]。随着年龄的增长，卵巢癌的患病率不断增加，特别是在45岁以后，诊断的平均年龄为63岁[7]。女性月经初潮的提前发生可能会提高卵巢癌风险。研究还发现，母乳喂养的女性比不采用母乳喂养的女性风险更低[8-10]。手术、靶向、化疗、放疗是卵巢癌的治疗方法，其中手术仍然是治疗卵巢癌的最有效方法，然而早期卵巢癌病症隐匿，大部分病人检查时多为中晚期，常错过最合适的治疗机会。故找到新的潜在治疗靶标具备极为关键的实际意义。BUB1在有丝分裂中起主要作用，可维持染色体的正确分离[11]。BUB1在胃癌中的高表达能够降低肿瘤免疫抑制，而且利于评价胃癌病人的预后[12]。在肉瘤患者中，BUB1的高表达和较低的总体无病生存率有关，研究证实BUB1是肉瘤患者的潜在治疗靶点[13]。Zhu等[14]发现，BUB1可以通过激活SMAD2的磷酸化来促进肝癌细胞的增殖。以上研究表明BUB1基因可能在多种癌症中起着不同方面的作用。

本文通过多个数据库的分子来探讨卵巢癌组织中BUB1的表达与病人预后的关系。结果显示，在大部分癌症中BUB1高表达(高表达85项，低表达15项)，其中BUB1在卵巢癌中表达增高的有2项。进一步通过GEPIA数据库验证，结果和之前的研究大致相同。Kaplan-Meier Plotter数据库发现，BUB1 mRNA低表达组中，卵巢癌病人的OS明显增加，可推测BUB1在卵巢癌低表达的病人中可能有较好的预后。利用Coexpedia数据库、FunRich软件和WebGestalt对BUB1相关联的一系列蛋白进行功能注释，并分析KEGG信号通路的富集情况；功能注释主要涉及细胞传导等。相关性分析结果显示，BUB1与AURKA、DLGAP5、KIF2C和TPX2的表达均有明显的相关性。

综上所述，本研究发现BUB1在卵巢癌组织中呈现高表达，和卵巢癌的预后显著相关，且提示BUB1可能作为卵巢癌的潜在预后生物标志物和治疗靶点。