KPNA2基因在结直肠癌中的表达与患者预后关系的生物信息学分析

姜作龙（天津市北辰医院,天津 300400）

结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是消化系统中最为常见的恶性肿瘤[1]。2019年CRC在男性和女性人群中的发病率和死亡率均为第三位[2]。CRC已成为继肺癌、乳腺癌之后最常见的肿瘤[3-4]。近年随着生物技术的进步，大规模筛选并探讨CRC相关基因表达水平及其与患者预后的关系成为可能[5]。因此，在本研究中笔者采用生物信息分析技术，探讨核转运蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）基因mRNA在人结直肠癌中的表达、生物学功能、相关信号通路以及和患者预后的相关性。

1 数据库选择与分析方法

1.1 KPNA2基因表达水平及功能和信号通路分析 TCGA数据库比较KPNA2基因在CRC患者癌组织和癌旁组织中的差异表达情况，比较条件为|Log2FC|＞1，P＜0.05。采用基因本体论（GO）和KEGG进行KPNA2基因功能及信号通路分析。

1.2 KPNA2基因蛋白相互作用网络构建 KPNA2基因相互作用的蛋白网络采用STRING（http://string-db.org/cgi/input.pl）[6]数据库进行构建，构建条件为每个蛋白相互作用点小于20个，相互作用置信系数大于0.7。

1.3 预后分析 根据KPNA2基因在CRC患者癌组织中的相对表达水平中位数，分为高表达组和低表达组，绘制Kaplan-Meier生存分析曲线，采用log-rank检验比较患者总生存和无疾病进展生存是否不同。

1.4 统计学处理 KPNA2基因在CRC患者中的差异表达、聚类分析、Pearson相关性等采用在线软件分析，生存分析绘制生存曲线并进行log-rank检验，P＜0.05表示存在统计学差异。

2 结果

2.1 KPNA2基因在CRC中的表达 KP NA2基因在CRC患者癌组织和癌旁正常肠上皮中的表达比较见图1A，肿瘤组织中的表达水平显著高于正常组织（P＜0.05）。同时，KPNA2基因表达水平在其他肿瘤组织中也明显上调（P＜0.05）；然而CRC患者中KPNA2基因表达水平与患者临床分期不存在相关性（P＞0.05），见图1B。

图1 KPNA2基因在肿瘤及正常组织中的表达分布图(A：KPNA2基因在CRC患者肿瘤组织和正常肠上皮中的表达；B：KPNA2基因表达水平与CRC不同分期的关系)

2.2 KPNA2基因相关蛋白网络构建 KPNA2基因与其他相关蛋白互相作用网络中（见图2），蛋白-蛋白相互作用指数为11.0，区域聚类指数为0.72，各个蛋白呈现明显的聚类表达（P＜0.05）。

图2 KPNA2基因与相关蛋白相互作用的蛋白网络

2.3 KPNA2基因 GO和KEGG分析 KPNA2基因编码产物主要定位于细胞核、蛋白复合体和细胞膜，其分子功能主要富集于蛋白结合、酶活性条件和Ran-GTPase结合，而生物学过程主要为细胞生物学过程调节、代谢调节和细胞增殖。见表1。

表1 KPNA2基因本体论功能富集

2.4 KPNA2基因与其他基因共表达分析Pearson相关性分析显示，在共表达水平方面PSMD12与KPNA2基因表达水平上存在正相关（r=0.74，P＜0.05），见图3A。而YPEL3与KPNA2基因表达存在负相关（r=-0.48，P＜0.05），见图3B。

图3 与KPNA2基因共表达相关分析的散点图（A: PSMD12与KPNA2基因表达水平上存在正相关; B: YPEL3与KPNA2基因表达存在负相关）

2.5 KPNA2基因生存分析 KPNA2基因低表达CRC患者总生存优于高表达患者（HR=0.51，P＜0.05），而CRC患者无疾病进展生存在高低组间无明显差异（HR=0.80，P＞0.05）。结肠癌患者KPNA2基因低表达组总生存优于高表达组（HR=0.42，P＜0.05），而直肠癌患者KPNA2基因表达水平与患者总生存和无疾病进展生存无明显相关性（P＞0.05）。

2.6 KPNA2在肠癌中的表达 KPNA2蛋白主要表达于细胞膜和细胞核，呈棕褐色颗粒，见图4。

3 讨论

核转运蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）为核输入蛋白Karyopherin α家族成员之一，由529个氨基酸残基构成，分子量约为58kDa[7-8]。近年来，陆续有研究报道KPNA2在黑色素瘤、宫颈癌、食管癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、肝癌和膀胱癌等疾病中均呈现高表达[9-11]。且KPNA2高表达往往与患者的预后不良有关。有研究显示，KPNA2基因表达水平在癌组织中是正常对照组中的5-10倍，且免疫组织进一步证实KPNA2基因编码蛋白表达水平也明显升高，且高表达者总生存期往往较短[12]。

然而，KPNA2基因在CRC中的研究报道较少，且其与CRC发生、发展及其作为CRC预后标志物的可行性并不完全清楚。因此在本研究中笔者采用生物信息分析技术，探讨核转运蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）基因mRNA在人结直肠癌中的表达、生物学功能、相关信号通路以及和患者预后的相关性。研究结果认为KPNA2基因在CRC患者肿瘤组织中的表达水平显著高于正常组织（P＜0.05）。说明KPNA2基因可能与CRC的发生有关。而进一步的功能分析显示KPNA2基因主要参与了p53信号通路（肿瘤抑制信号通路）、细胞衰老信号通路以及细胞周期信号通路。这些信号通路往往与肿瘤的发生、侵袭和转移存在关系，从而解释了其高表达患者往往预后不佳的原因。进一步进行预后分析显示，KPNA2基因低表达CRC患者总生存优于高表达患者（HR=0.51，P＜0.05）。提示KPNA2可能与患者的疾病进展有关，可作为预后不良的肿瘤标志物。

KPNA2基因在CRC患者肿瘤组织中呈现高表达，且高表达者总生存期较短。KPNA2基因有可能作为CRC患者预后的分子标志物。但上述结论仍需相关分子生物学和临床研究加以证实。