乳头状甲状腺癌组织中SPCS2基因表达水平及其意义

陈澎涛 项承

［摘要］  目的  探討信号肽酶复合体亚基2（SPCS2）基因在乳头状甲状腺癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）组织中的表达水平及其意义。

方法利用UALCAN及HPA数据分析平台评估PTC组织和正常组织中SPCS2基因表达水平。在Gepia数据库预测SPCS2基因表达水平对PTC患者无病生存时间的影响。Cox回归模型分析影响PTC患者预后的独立危险因素。并对该基因进行KEGG、GO和GSEA分析，确定参与PTC的重要信号通路。

结果PTC患者肿瘤组织中SPCS2基因表达水平均显著低于正常组织（Z=－43.219，P<0.001）。与SPCS2低表达的PTC患者相比，SPCS2基因高表达组PTC患者无病生存时间更长（P<0.05）。Cox回归模型分析显示，PTC患者肿瘤组织中SPCS2低表达是导致PTC患者预后不良的独立危险因素（HR=0.573，P<0.05）。富集分析预测显示，线粒体氧化磷酸化通路富集在SPCS2高表达组。

结论

PTC患者肿瘤组织中SPCS2基因表达水平下调，SPCS2基因可能参与线粒体氧化磷酸化信号通路的调控，该基因可能是评估PTC患者预后的重要生物标志物。

［关键词］  甲状腺癌，乳头状；基因表达；SPCS2基因；预后；线粒体；氧化磷酸化；代谢网络和途径

［中图分类号］  R736.1

［文献标志码］  A

Expression and significance of the signal peptidase complex subunit 2 gene in papillary thyroid carcinoma

CHEN Pengtao， XIANG Cheng

（Department of Thyroid and Breast Surgery， Zhoukou Central Hospital， Zhoukou 466000， China）

;［ABSTRACT］ Objective To investigate the expression level and significance of the signal peptidase complex subunit 2 （SPCS2） gene in papillary thyroid carcinoma （PTC）.

Methods UALCAN and HPA Databases were used to investigate the mRNA expression levels of SPCS2 in PTC tissue and normal tissue. Gepia Database was used to predict the influence of the expression level of SPCS2 on the disease-free survival of PTC patients. The Cox regression model was used to investigate the independent risk factors for the prognosis of PTC patients. GO， KEGG， and GSEA analyses were performed for SPCS2 to identify the important signaling pathways involved in PTC.

Results The mRNA expression levels of SPCS2 in PTC tissue were significantly lo-

wer than those in normal tissue （Z=-43.219，P<0.001）. The PTC patients with a high expression level of SPCS2 had a longer disease-free survival time than those with a low expression level of SPCS2 （P<0.05）. The Cox regression analysis showed that the low expression level SPCS2 in PTC patients was an independent risk factor for the poor prognosis of PTC patients （HR=0.573，P<0.05）. The enrichment analysis showed that the oxidative phosphorylation pathway of mitochondria was enriched in the SPCS2 high expression group.

Conclusion The expression level of SPCS2 is downregulated in PTC patients， and SPCS2 may participate in the regulation of the oxidative phosphorylation pathway of mitochondria. SPCS2 may be an important biomarker for evaluating the prognosis of PTC patients.

［KEY WORDS］ Thyroid cancer， papillary; Gene expression; SPCS2 gene; Prognosis; Mitochondria; Oxidative phosphory-lation; Metabolic networks and pathways

乳头状甲状腺癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）是人类最常见的内分泌腺肿瘤之一，其死亡率低，预后良好［1］，但术后局部复发率为5%～20%，77%的PTC复发发生在术后5年内［2-3］。复发后再次手术，患者将面临手术损伤和生活质量下降的风险。分析影响PTC发生发展的肿瘤标志物，可以为控制PTC进展提供帮助。信号肽酶复合体亚基2（SPCS2）是微粒体信号肽酶复合体的组成部分，可将信号肽从新生蛋白质转移到内质网腔［4］。信号肽酶是一组膜结合的内肽酶，以多聚蛋白复合物的形式存在于内质网中，在膜蛋白和分泌蛋白的靶向转运和成熟过程中起重要作用［5-6］。哺乳动物的信号肽酶复合体由SPCS1、SPCS2、SPCS3、SEC11A和SEC11C五个亚基组成［7］，五个亚基中SEC11A高表达与头颈部鳞状细胞癌、胃癌及膀胱癌患者的不良预后有关［8-10］。有报道显示SPCS2为肝癌长链非编码RNA LINC00668的共表达基因［11］。但目前尚无研究报道SPCS2在PTC患者中的潜在临床价值及作用机制。本研究采用生物信息学方法比较SPCS2在PTC肿瘤组织和正常组织中的表达水平，并分析其对于患者预后的影响，揭示该基因在PTC的发生发展中的作用，为PTC患者治疗提供理论和数据参考。

1 材料与方法

1.1PTC患者肿瘤组织中SPSC2基因表达水平分析

利用UALCAN数据库（http：//ualcan.path.uab.edu/）分析SPSC2基因在正常甲状腺组织及PTC患者肿瘤组织的表达水平，以及SPSC2基因在不同临床分期（Ⅰ～Ⅳ期）及不同分型（高柱型、经典型和滤泡型）PTC患者肿瘤组织中的表达水平。

1.2PTC组织中SPSC2表达水平与患者预后的相关性分析

根据PTC组织中SPCS2基因表达水平值的中位数，将所有PTC患者分为高、低表达组。通过Gepia数据库（http：//gepia.cancer-pku.cn/）分析SPCS2基因高、低表达水平对于PTC患者总体生存时间及无病生存时间的影响。通过cBioPortal数据库（http：//www.cbioportal.org/）获取PTC患者临床资料，数据集为“papillary thyroid carcinoma，TCGA”（包含有388例患者的SPCS2基因表达水平值和496例患者的临床资料），通过患者编号对基因的表达水平和临床数据进行匹配，选取同时含有SPCS2基因表达水平值和临床资料的PTC患者。将PTC组织中的SPCS2表达水平、患者年龄、性别（男、女）、临床分期（Ⅰ期＋Ⅱ期、Ⅲ期＋Ⅳ期）、肿瘤范围（肿瘤大小≤5 cm、肿瘤大小>5 cm）、淋巴结是否转移（有、无）、有无远处转移（有、无）和危险类群（低、高）等指标纳入Cox单因素回归，分析影响PTC患者预后的病理因素及独立危险因素。患者低死亡风险的判断标准为年龄<55岁、M0状态、T1或T2分期、经典型PTC类型，高死亡风险患者的判断标准为年龄≥55岁、M1状态、T3或T4分期、滤泡型PTC类型。将单因素分析中P<0.1的变量纳入Cox多因素回归模型，以分析导致PTC患者预后不良的独立危险因素。模型方法采用的是输入法，输出各变量的回归系数、风险比（HR）以及95%CI。

1.3SPCS2及其共表达基因的功能富集分析

通过LinkedOmics数据库（http：//www.linkedomics.org/login.php），采用Pearson相关分析，筛选出PTC组织中与SPCS2共表达的基因，筛选条件为P<0.05，再按照P值由低至高排序，选取前500个共表达基因。使用WebGestalt（www.webgestalt.orgwebgestalt.org）分析平台对SPCS2及其500个共表达基因进行KEGG通路分析及GO功能分析。其中GO功能分析包含细胞组分分析、分子功能分析、生物学过程分析。随后通过Metascape分析平台（https：//metascape.org/gp/index.html）对SPCS2及其共表达基因的GO功能分析结果进行聚类分析。最后则通过GSEA软件预测SPCS2基因参与PTC发生发展的相关通路。

1.4 统计学分析

利用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析。由于数据离散的程度较大，不同分组中SPCS2基因的表达水平以中位数表示。正常组织以及PTC组织中SPCS2基因表达水平差异的比较采用非参数Mann-Whitney U检验；不同分型以及不同临床分期肿瘤组织当中SPCS2基因的表达水平比较则采用非参数Kruskal-Wallis H检验，进一步组间两两比较采用Bonferroni法，并且校正检验水准。使用Kaplan-Meier法绘制生存曲线，计算对数秩（Log-rank）P值。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结  果

2.1PTC組织中SPCS2的表达水平

对UALCAN数据库相关资料分析结果显示，SPCS2基因在PTC患者肿瘤组织中的表达水平显著低于正常组织（Z=－43.219，P<0.001）；SPCS2基因表达水平在不同分型的PTC患者中存在显著差异（H=67.386，df=2，P<0.001），其中高柱型PTC患者的表达水平最低，经典型次之，滤泡型最高；SPCS2基因表达水平在不同临床分期的PTC患者中也存在显著差异（H=38.192，df=3，P<0.001），Ⅰ期PTC患者的SPCS2基因表达水平显著高于Ⅲ期及Ⅳ期患者，Ⅱ期患者显著高于Ⅳ期患者（P<0.001），其他各临床分期间比较差异均无显著性（P>0.05）。

2.2PTC组织中SPCS2表达水平对患者预后的影响

PTC患者SPCS2高、低表达组的总体生存时间比较差异无显著性（P>0.05），而高表达组患者无病生存时间显著高于低表达组患者（P<0.05）。

将PTC患者的性别（1=男，2=女）、临床分期（1=Ⅰ期＋Ⅱ期，2=Ⅲ期＋Ⅳ期）、肿瘤范围（1=肿瘤大小≤5 cm，2=肿瘤大小>5 cm）、淋巴结转移状态（0=无，1=有）、远处是否转移（0=无，1=有）、危险类群（1=低危险类群，2=高危险类群）及肿瘤组织中SPCS2表达水平纳入单因素Cox回归模型，得出模型中P<0.1的变量有SPCS2表达水平、性别、临床分期、淋巴结转移状态及危险类群。将上述纳入Cox多因素回归模型，结果显示肿瘤组织中SPCS2低表达为导致PTC患者预后不良的独立影响因素（HR=0.573，P<0.05）。

2.3SPCS2及其共表达基因功能富集分析结果

在LinkedOmics数据库中通过Pearson相关分析共筛选出PTC组织中与SPCS2共表达的基因20 034个，将P值较小的前500个共表达基因在WebGestalt数据库中进行KEGG通路分析，显示SPCS2及其共表达基因主要富集于代谢、内质网蛋白加工、线粒体氧化磷酸化等通路，同时SPCS2及其共表达基因参与了神经退行性疾病如帕金森病、亨廷顿病和阿尔茨海默病的发病过程。GO功能-生物學过程分析显示，SPCS2与共表达基因参与蛋白质折叠、内质网应激反应、核苷酸代谢过程、产生前体代谢物和能量、线粒体呼吸链复杂组装、核苷三磷酸代谢和翻译后水平的调控代谢等生物学过程；GO功能-细胞组分分析显示，SPCS2及其共表达基因主要分布在线粒体内膜、线粒体蛋白复合物、线粒体基质、线粒体膜、呼吸链、氧化还原酶复合体和内质网膜的外在成分等细胞组分中；GO功能-分子功能分析显示，SPCS2及其共表达基因参与的分子功能包括结合未折叠蛋白、异构酶活性、结合辅因子、抗氧化活性、电子传递活性、氧化还原酶活性（作用于供体的硫聚合）和氧化还原酶活性［作用于NAD（P）H］等。

随后利用Metascape数据库对SPCS2及其共表达基因的GO功能结果进行聚类分析，结果显示，SPCS2及其共表达基因根据功能相关性可聚成8个类群（图1），主要参与呼吸电子传递、内质网应激反应及蛋白输出等。

2.4SPCS2参与PTC发生发展的通路分析

利用PTC患者全基因表达谱，对SPCS2进行GSEA富集分析，结果显示SPCS2参与的PTC发生发展的正相关通路有线粒体氧化磷酸化、脂肪酸代谢及过氧化物酶体，SPCS2参与PTC发生发展的负相关通路有细胞黏附分子相关通路、趋化因子信号通路及JAK-STAT信号通路。

3 讨  论

PTC为甲状腺癌最常见分型，该分型患者虽预后良好，但易复发，且复发后严重影响患者生命质量，因此明确参与PTC发生发展的潜在标志物具有重要临床价值。SPCS2为微粒体信号肽酶复合体的组成部分，目前国内外对于其研究较少，且其与PTC发生发展的相关性尚未见相关研究报道。本研究通过数据库分析PTC患者肿瘤组织中SPCS2的表达水平，及其对PTC患者预后的影响，探讨其参与的PTC发生发展的潜在信号通路。

本研究通过对UALCAN数据的库中相关数据分析显示，SPCS2基因在PTC患者肿瘤组织中的表达水平显著低于正常组织，而且SPCS2基因低表达者的预后更差，提示SPCS2基因可能是参与PTC发生发展的潜在抑癌基因。有研究显示，肝癌组织中SPCS2基因的表达水平显著高于正常肝组织，并且对于患者总体生存率无显著性影响［11］。可见，SPCS2基因在不同类型肿瘤中发挥了不同的作用，对患者预后的影响也不同，其功能具有癌种特异性，但是关于其具体的作用机制尚不清楚。另外研究还发现，信号肽酶复合体组成成分中的SEC11A高表达是膀胱癌患者预后不良的独立危险因素［10］，SEC11A高表达也与食管癌患者的死亡率升高有明显相关性［12］。以上研究表明信号肽酶复合体成员对肿瘤患者预后有重要影响，但在不同癌种中其预后价值可能不同。

为揭示SPCS2基因在PTC中作用机制，本研究进一步通过KEGG通路分析及GSEA分析预测SPCS2参与PTC发生发展的潜在信号通路，结果显示SPCS2可正向调控线粒体氧化磷酸化及脂肪酸代谢过程。线粒体氧化磷酸化是体内产生ATP的主要方式，SPCS2除参与细胞能量代谢调控外，还参与呼吸链电子传递合成ATP、能量代谢的释放与转移过程。近年来，肿瘤细胞线粒体氧化磷酸化过程一直是研究的热点［13］。线粒体代谢与某些恶性肿瘤的细胞增殖和肿瘤进展有关［14］。脂肪酸代谢由合成代谢和分解代谢过程组成，以维持细胞能量稳态；线粒体中脂肪酸的合成及细胞质中脂肪酸的氧化失衡均可能导致细胞内脂肪酸和其他脂质积累［15］。近年来研究发现，脂质可为肿瘤细胞的生长提供所需的营养和能量［16］；脑癌、乳腺癌以及肾透明细胞癌肿瘤组织中均已发现脂质积累［17-19］。本研究初步预测到SPCS2可能正向参与PTC的代谢通路，并且其高表达有利于患者的预后，可能原因为SPCS2的高表达激活了线粒体氧化磷酸化及代谢通路，抑制了PTC进展，进而改善了患者预后。其具体调控机制有待分子生物学实验进一步验证。

本研究通过对通路的分析，还发现SPCS2基因可能负向调控细胞黏附分子相关通路、趋化因子信号通路及JAK-STAT信号通路。黏附蛋白在肿瘤发生过程中主要参与新生血管生成，促进肿瘤转移［20］。本研究中SPCS2表达与细胞黏附分子相关通路负相关，且SPCS2高表达有利于患者预后，可能是SPCS2高表达抑制了黏附分子相关通路，进而抑制了PTC转移，改善了患者预后；趋化因子信号通路参与肿瘤生长和转移的整个过程，可通过促进癌细胞存活、侵袭及血管生成等过程促进肿瘤转移［21］。本研究中SPCS2高表达与趋化因子信号通路负相关，由此推测SPCS2高表达改善患者预后可能与抑制了该通路有关。JAK-STAT信号通路几乎参与了所有肿瘤患者的免疫调节过程，参与肿瘤细胞识别、肿瘤发生、肿瘤驱动的免疫逃逸等过程［22-23］。先前研究已证明JAK-STAT通路在调节肿瘤起始和转移过程中发挥重要作用［24-25］。结合本研究结果推测，SPCS2基因高表达也可能通过下调细胞中JAK-STAT等促癌通路，抑制PTC发展，从而改善患者的预后。

綜上所述，SPCS2在PTC组织中低表达，且其低表达有利于PTC患者预后，SPCS2可能参与了PTC发生发展中细胞的线粒体氧化磷酸化及JAK-STAT等信号通路调节，但具体机制还需实验验证。

作者声明： 陈澎涛参与了研究设计；陈澎涛、项承参与了论文的写作和修改。所有作者均阅读并同意发表该论文，且均声明不存在利益冲突。

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（本文編辑 耿波 厉建强）