基于生物学信息分析染色体分离1样基因在预测胃癌预后中的价值※

史虎祥，刘 珺，苏占海&，刘 燕*

(1.青海大学医学院，青海 西宁 810001；2.西安交通大学医学院，陕西 西安 710049)

人类染色体分离1样(CSE1L)基因在细胞凋亡、存活和染色体组装、核质转运、微泡形成中起重要作用，是一种广泛存在于恶性肿瘤患者血清中的分泌蛋白，调节癌症的增殖、侵袭、转移和凋亡，并且CSE1L的表达与肿瘤的分级和分期呈正相关。本课题借助GEPLA、Kaplan-Meier plotter、STRING等开放性数据库分析CSE1L在胃癌组织中的表达差异、预后关系及机理机制。

1 方法

1.1 利用GEPLA平台分析CSE1L在胃癌中的表达情况

利用在线工具GEPLA(http：//gepia.cancer-pku.cn/index.html)绘制CSE1L在胃癌组织和癌旁正常组织中表达的箱形图及CSE1L表达与胃癌患者病理分期的小提琴图，筛选条件如下：“Bocplot”“Stageplot”“肿瘤：STAD”“基因：CSE1L”“Match TCGA normal and GTExdata”。

1.2 利用Kaplan-Meier plotter平台分析CSE1L生存预后价值

利用在线工具Kplain-Meier plotter(http：//KMplot.com/analysis)绘制CSE1L与胃癌患者生存时间曲线图，筛选条件如下：“肿瘤类型：胃癌”“基因：CSE1L”“生存期：总生存期OS/首次进展生存期FP”。

1.3 利用STRING在线平台绘制CSE1L蛋白互作(PPI)网络

利用STRING在线数据平台(http：//string-db.org/cgi/input版本11.0b)构建CSE1L蛋白相互作用(PPI)网络图，筛选条件如下：“Protein name：CSE1L”“Organsim：Homo sapiens”“Search”。

1.4 利用功能富集分析法分析CSE1L互作蛋白

对利用STRING在线平台分析得到的10个CSE1L互作蛋白进行功能注释和通路富集分析。登录仙桃学术(http：//www.xiantao.products)在线工具库首页，选定“功能聚类(圈)”→选定“GO/KEGG富集分析”→上传“互作蛋白”→保存“结果”→选定“GO/KEGG可视化”，分析CSE1L互作蛋白。

1.5 统计学方法

在数据库GEPLA中分析CSE1L在胃癌中的表达情况采用非参数秩和检验；在Kaplan-Meier plotter数据平台采用单因素分析法分析CSE1L的生存预后判断价值；功能注释与通路分析采用-log10(P adjust)计算法。

2 结果

2.1 CSE1L基因在胃癌与正常组织中的表达情况

利用在线工具GEPLA分析CSE1L基因在胃癌与正常组织中的表达情况，结果显示CSE1L在胃癌组织中的表达明显高于正常组织(P<0.05)。(图1)

图1 GEPLA数据库中CSE1L基因在胃癌与正常组织中的表达图

2.2 CSE1L表达与胃癌患者病理分期之间的关系

利用在线工具GEPLA分析CSE1L表达与胃癌患者病理分期之间的关系，结果显示CSE1L的表达与胃癌患者的病理分期无关(P>0.05)。(图2)

图2 CSE1L表达与胃癌患者病理分期之间的关系图

2.3 CSE1L的表达与胃癌患者总生存期的关系

利用在线工具Kaplan-Meier plotter分析CSE1L的表达水平与胃癌患者总生存期的相关性，结果显示CSE1L高表达组的胃癌患者总体生存时间为23.5个月，明显低于CSE1L低表达组的31.33个月，两者具有统计学差异(P<0.05)。(图3)

图3 CSE1L表达与胃癌患者总生存期之间的关系图

2.4 CSE1L表达与胃癌患者首次进展生存期之间的关系

利用在线工具Kaplan-Meier Plotter分析CSE1L的表达水平与胃癌患者首次进展生存期的相关性，结果显示CSE1L高表达组的胃癌患者首次进展生存时间为10.6个月，明显低于CSE1L低表达组的21.9个月，两者具有统计学差异(P<0.05)。(图4)

图4 CSE1L表达与胃癌患者首次进展生存期之间的关系图

2.5 蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络

利用STRING在线工具构建以CSE1L蛋白为中心的PPI网络，得到10个与CSE1L显著相关、互相得分>0.400的蛋白，包括核质蛋白α1(KPNA1)、核质蛋白α2(KPNA2)、核质蛋白α3(KPNA3)、核质蛋白α4(KPNA4)、核质蛋白β1(KPNB1)、核输出蛋白1(XPO1)、核输出受体(XPOT)、输入蛋白5(IPO5)、RAN结合蛋白(RAN)、细胞分裂周期 5样蛋白(CDC5L)。(图5)

图5 CSE1L互作蛋白网络图

2.6 CSE1L相互作用蛋白的生物学过程

利用在线工具仙桃学术在线工具分析CSE1L相互作用蛋白的分子功能，结果显示CSE1L互作蛋白主要参与蛋白质输入到细胞核、蛋白质定位到细胞核和核转运、核质转运等生物学过程(图6)。

图6 CSE1L相互作用蛋白的生物学过程(BP)图

2.7 CSE1L相互作用蛋白的细胞组分

利用仙桃学术在线工具分析CSE1L相互作用蛋白的分子功能，结果显示细胞组分主要与核孔、核膜宿主、宿主细胞和其他有机体等相关(图7)。

图7 CSE1L相互作用蛋白的细胞组分(CC)图

2.8 CSE1L相互作用蛋白的分子功能

利用仙桃学术在线工具分析CSE1L相互作用蛋白的分子功能，结果显示CSE1L互作蛋白参与RanGTPase结合、核定位序列结合和核输入信号受体活性、分子载体活性和核质载体活性等分子功能(图8)。

图8 CSE1L相互作用蛋白的分子功能(MF)图

2.9 CSE1L相互作用蛋白的KEGG信号通路

利用仙桃学术在线工具分析CSE1L相互作用蛋白的KEGG信号通路，结果显示CSE1L的主要信号通路包括人类T细胞白血病病毒感染、核糖核酸转运等。(图9)

图9 CSE1L相互作用蛋白的KEGG信号通路图

3 讨论

本次研究通过GEPLA数据库分析发现CSE1L在胃癌组织中高表达，研究报道CSE1L在胃癌细胞及胃癌组织中的表达明显增高[1]，这种增高可能与CSE1L的基因扩增有关[2，3]。CSE1L作为一种多功能基因，参与癌细胞的侵袭、转移、凋亡[4，5]，在癌症的发生和发展中起重要作用[2]。我们利用Kaplan-Meier plotter数据库研究发现，CSE1L表达水平与癌症患者较差的预后呈正相关，这与Zhu等人[6]研究报道的结果相似，表明CSE1L在预测胃癌患者预后方面具有巨大潜力。

为了探讨CSE1L潜在的作用机制，我们构建以CSE1L蛋白为中心的PPI网络，得到与CSE1L蛋白最密切相关的10个互作蛋白，并对其进行功能注释分析，结果表明这些蛋白与输入蛋白家族基因密切相关，参与了核转运的生物过程，此分析结果与CSE1L的生物学功能相关。输入蛋白家族包括Karyopherinα和Importinβ[7]，Karyopherinα家族由7个基因组成，它们作为重要的输入受体参与其他蛋白分子从细胞质进入细胞核的过程[8]，在核蛋白运输核浆过程中，含有核定位信号的蛋白与细胞质中的输入蛋白α形成复合物，再与输入蛋白β结合易位到细胞核，复合物解离，输入蛋白β通过核内小分子GTP结合蛋白RanGTP输送到细胞质中，而输入蛋白α则需要与CSE1L结合，通过CSE1L的介导输送到细胞质中[9，10]。CSE1L的过度表达导致与输入蛋白α的组成性结合，消耗了游离输入蛋白α，导致细胞蛋白的错误定位，从而促进肿瘤的发展[11]。

另外，输入蛋白循环机制是多种蛋白质核转运所必需的[12]，因此，CSE1L与许多蛋白质的转运相关，包括控制细胞增殖和凋亡的蛋白[2]。增殖和凋亡之间的平衡对于细胞的生长发育、分化和维持成体组织的功能稳定状态至关重要。增殖和凋亡的去调控或突变与癌症和发育缺陷有关[13]，提示CSE1L可能通过影响细胞的增殖或凋亡促进肿瘤的发生发展。

综上所述，本次研究表明CSE1L在胃癌组织中高表达，其高表达预示胃癌患者生存时间缩短。我们还发现CSE1L与KPNA基因家族密切相关，通过影响蛋白质核转运过程促进肿瘤的发生发展，提示CSE1L可能成为胃癌新的预后标记物和潜在的治疗靶点。但关于CSE1L在肿瘤中的作用机制以及其在癌症中的研究价值还缺乏深入的研究。我们将进一步通过科研实践去发现它在胃癌发病过程中的作用机制。