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PTGIS基因在膀胱癌中的表达及临床意义

2021-03-05 518 上传者：管理员

摘要：目的:利用Oncomine、GEPIA、LinkedOmics数据库分析前列环素合酶(prostacyclinsynthase,PTGIS)在膀胱癌中的表达及与临床预后的关系。方法:应用Oncomine、GEPIA数据库中关于PTGIS研究的数据,对其在膀胱癌中的表达水平变化进行分析。采用GEPIA数据库分析PTGIS表达水平与膀胱癌患者生存预后之间的关系。LinkedOmics数据库分析PTGIS基因表达与膀胱癌临床病理特征的相关性。应用Genecards数据库收集与PTGIS基因有关的蛋白,并通过STRING绘制PTGIS有关蛋白网络图,分析蛋白富集的生理过程。结果:对Oncomine数据库、GEPIA数据库关于膀胱癌和膀胱正常组织中PTGIS基因差异表达的研究,结果显示膀胱癌组织中PTGIS基因的表达显著低于膀胱正常组织(P<0.05)。通过GEPIA数据库生存分析发现PTGIS基因低表达患者的总体生存率明显高于高表达患者,低表达患者的预后更好(P<0.05)。通过Genecards数据库收集到与PTGIS有关的蛋白有CYP51A1、PTGES、PTGDS、AKT1、TBXAS1等30个,其有关蛋白富集分析结果显示主要富集在前列腺素代谢、调节活性氧代谢、炎症反应等生理过程。结论:PTGIS基因在膀胱癌中低表达,其表达水平与生存预后相关,PTGIS基因可为膀胱癌的治疗提供参考,为其进一步深入研究提供理论基础。

关键词：
GEPIA数据库
LinkedOmics数据库
Oncomine数据库
PTGIS基因
膀胱肿瘤
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膀胱癌(bladdercancer,BCa)是泌尿系中最常见的恶性肿瘤,其发病率和死亡率呈现逐年上升的趋势,分子机制较为复杂,病理类型主要以尿路上皮肿瘤为主[1,2]。然而,膀胱癌的发生发展是一种多因素、多基因共同参与的过程,目前对于其机制的研究尚不完全清楚。近年来,随着生物信息技术的极速发展,越来越多的研究表明多种基因的差异表达与膀胱癌密切相关。前列环素合酶(prostacyclinsynthase,PTGIS,PGIS,CYP8A1)是细胞色素P450家族的成员,约60kb,由10个外显子组成[3]。研究发现PTGIS基因的差异表达与多种疾病的病理生理过程密切相关,其中包括乳腺癌[4]、结直肠癌[5]、口腔鳞状细胞癌[6]、头颈癌[7]和肝纤维化[8]、动脉粥样硬化[9]等。但目前关于PTGIS基因在膀胱癌中的作用机制尚不完全清楚。本文拟通过生物信息学方法分析PTGIS基因在膀胱癌中的表达情况及与临床预后的相关性,力图为膀胱癌的诊治提供新的思路。

1、资料与方法

1.1Oncomine数据库

Oncomine(https://www.oncomine.org/)作为世界上最大的癌基因芯片数据库和整合数据挖掘平台,存在715个基因数据集,86733个癌组织及正常组织的表达数据,用来分析基因表达差异、发现新的生物标记物及新的治疗靶点[10]。

筛选条件设定为:①Gene:PTGIS;②AnalysisType:bladdercancervsNormalAnalysis;③Threshold(P-value):P<0.001;④Threshold(foldchange):2;⑤Threshold(generank):All,分析PTGIS基因在癌组织与正常组织之间的表达情况。

1.2GEPIA数据库

GEPIA数据库(基因表达交互式分析,http://gepia2.cancer-pku.cn),是一个基于Web的工具,可以基于TCGA和GTEx数据提供快速且可自定义的功能。包括差异表达分析、轮廓图绘制、患者生存分析、相似基因检测[11]。用于分析膀胱癌和正常组织之间的表达差异、预后以及总体生存率和病理分期。

1.2.1PTGIS在膀胱癌和正常膀胱组织中表达差异

设置检索条件如下:①“ExpressionAnalysis:ExpressionDIY”;②“Boxplot”;③“Gene:PTGIS”;④“log2FC|Cutoff:2,P-valueCutoff:0.001”;⑤“Cancername:BLCA”;⑥“MatchTCGAnormalandGTExdata”。

1.2.2PTGIS表达与膀胱癌预后的关系

设置检索条件如下:①“ExpressionAnalysis:SurvivalAnalysis”;②“Gene:PTGIS”;③“Methods:OverallSurvival”;④“Cutoff-High/Low(%):50”;⑤“Cancername:BLCA”;⑥“AxisUnits:Months”。

1.2.3PTGIS表达与膀胱癌患者病理分期的关系

设置检索条件如下:①“ExpressionAnalysis:ExpressionDIY”;②“Stage-plot”;③“Gene:PTGIS”;④“Cancername:BLCA”。

1.3LinkedOmics数据库分析PTGIS表达与膀胱癌临床病理特征的关系

LinkedOmics(http://www.linkedomics.org)数据库包含来自癌症基因组图谱(TCGA)项目的32种癌症和11158名患者的多组学数据和临床数据。同时,它也是一个全球蛋白质组学数据的多组学数据库。LinkedOmics数据库开发了三个分析模块,分别是LinkFinder模块、LinkCompare模块、LinkInterpreter模块,用于分析和比较肿瘤内和肿瘤间的多组学数据[12]。利用LinkedOmics数据库分析PTGIS基因表达与膀胱癌临床病理特征的关系。

设定筛选步骤:①“Selectcancercohort:BLCA”;②“Selectsearchdataset:Datastype:RNAseq”;③“Selectsampledataset:Noinput”;④“Selectsearchdatasetattribute:PTGIS”;⑤“Selecttargetdataset:Clinical”;⑥“Selectstatisticalmethod:Nonparametrictest”。

1.4使用Genecards网站分析PTGIS基因相关蛋白功能及途径富集

利用Genecards(https://www.genecards.org)在线网站查找PTGIS基因和有关蛋白,通过STRING(https://string-db.org/cgi/input.pl)构建PTGIS基因的有关蛋白网络图[13],分析与该基因有关蛋白的富集情况。

2、结果

2.1PTGIS基因在膀胱癌中的表达情况

对Oncomine数据库进行挖掘发现,如图1A所示,红框中是PTGIS在膀胱癌中的差异表达情况,PTGIS在膀胱癌中呈现低表达。利用GEPIA数据库进一步验证分析发现,在数据库来源的432例样本中,其中正常膀胱组织28例,膀胱癌组织404例,PTGIS基因在膀胱癌中的表达量明显较正常膀胱组织低(如图1B所示),差异有统计学意义(P<0.05),与Oncomine数据库相符。

2.2PTGIS表达与膀胱癌患者病理分期及预后的关系

在GEPIA数据库分析PTGIS基因表达与膀胱癌患者预后及病理分期的关系。基于TCGA数据库来源的膀胱癌患者的数据分析,我们可得到各201例PTGIS高表达与低表达患者的总体生存期(OS)曲线和病理分期。图2A所示,在膀胱癌患者癌组织中PTGIS基因低表达患者的总体生存率明显高于高表达患者(logrankP=0.00072),其中风险比HR(high)=1.7,P(HR)=0.00083。图2B所示,PTGIS基因表达与膀胱癌患者病理分期的关系,在Ⅱ、Ⅲ期膀胱癌患者中PTGIS基因表达水平逐渐增高,随后在Ⅳ期表达水平较Ⅲ期升高不明显[Fvalue=23,Pr(>F)=3.68E-10]。这些结果进一步表明PTGIS表达水平可作为判断Ⅱ、Ⅲ期膀胱癌患者的指标。

2.3PTGIS基因表达与膀胱癌临床病理特征的相关性

我们使用了LinkedOmics数据库检索PTGIS基因与膀胱癌临床病理特征的相关性,检索结果表明:PTGIS基因的表达与病理分期(P=1.07E-09,FDR=5.90E-09,n=406)、T分期(P=2.22E-07,FDR=8.14E-07,n=375)、N分期(P=1.83E-05,FDR=5.03E-05,n=366)、M分期(P=1.51E-04,FDR=3.33E-04,n=207)、人种(P=1.85E-03,FDR=2.54E-03,n=391)相关,而与种族(P=9.88E-01,FDR=9.88E-01,n=376)无相关性(图3)。

图1PTGIS的表达情况

图2PTGIS表达与患者总体生存率(A)及病理分期的关系(B)

2.4PTGIS基因相互作用的蛋白网络

经过筛选得到图4,P=1.0E-16。其中在网络图中与PTGIS相互作用的主要蛋白有HPGDS、PTGDS、PTGES、PTGES2、PTGES3、PTGIS、PTGS1、PTGS2、TBXAS1、SIGMAR1、PTGIR、NOS3、AKT1、CAV1、HSP90AA1、HSP90AB1等,主要参与的生物过程有前列腺素代谢过程、调节活性氧代谢过程、炎症反应等(表1)。

3、讨论

膀胱癌是泌尿系中最常见的恶性肿瘤,每年有大约超过40多万人确诊[14]。膀胱癌分为非肌层浸润性膀胱癌和肌层浸润性膀胱癌,主要以手术治疗为主。非肌层浸润性膀胱癌多采用经尿道膀胱肿瘤电切术,术后予以膀胱灌注治疗预防复发。肌层浸润性膀胱癌主要采用根治性膀胱切除术,术后预后差,生存质量低,往往治疗时多已发生转移[15,16,17]。目前的治疗方式有限,效果不是很理想,其复发率及转移率仍较高。急需进一步完善其机制的研究,探寻更为有效的诊断和治疗手段。

前列环素合酶(PTGIS,PGIS,CYP8A1)是细胞色素P450超家族的8族(CYP8)成员,是花生四烯酸的主要产物,约60kb,由10个外显子组成。研究发现PTGIS在许多生理和病理过程中起着重要作用,该基因编码前列腺素I2合酶,并催化前列腺素(PGI2)的合成,PGI2广泛分布,主要存在于血管内皮平滑肌细胞,对血小板聚集和血栓形成具有抑制作用[9]。据报道,PTGIS在许多种肿瘤中都是一种肿瘤抑制物,PTGIS已经被公认为是心血管疾病的候选基因,该基因与原发性高血压、心肌梗塞、中风和动脉粥样硬化的发生发展密切相关[18,19,20,21,22,23]。MAROTTA[4]等研究发现,PTGIS抑制前列腺素途径对乳腺癌的治疗获益良多。WANG[24]等研究发现,PGIS参与了低氧条件下人成纤维细胞中VEGF的增强表达,可能成为抗肿瘤血管生成治疗的新靶标。

图3PTGIS表达与临床病理特征的关系

表1与PTGIS主要相关的蛋白以及信号通路

本文运用生物信息学方法对膀胱癌的多个数据库数据进行分析。首先,利用Oncomine数据库筛选出PTGIS在膀胱癌中呈现低表达,进一步应用GEPIA数据库验证分析发现,共计432例样本,其中膀胱癌组织404例,正常膀胱组织28例,PTGIS基因在膀胱癌中的表达量明显较正常膀胱组织低,与Oncomine数据库相符。利用GEPIA数据库分析PTGIS基因表达水平与膀胱癌患者生存预后的关系,结果显示低表达患者的总体生存率明显高于高表达患者,PTGIS基因可以作为判断其预后的指标。其次,LinkedOmics数据库分析PTGIS基因表达与膀胱癌临床病理特征的相关性。结果表明PTGIS基因的表达与病理分期、T分期、N分期、M分期及人种相关。最后,应用Genecards数据库收集与PTGIS基因有关的蛋白,并通过STRING绘制PTGIS有关蛋白相互作用网络图,分析蛋白富集的生理过程。结果显示主要富集在主要参与的生物过程有前列腺素代谢、调节活性氧代谢、炎症反应等。

图4PTGIS相关蛋白网络关系图

以上这些基于生物信息学方法分析结果提示PTGIS可能在膀胱癌的发生发展中扮演了重要的角色,其具体机制有待进一步深入研究。

刘峰,蔡孟会,葛天宇,冯子豪,黄坤平,葛波.基于生物信息学方法分析PTGIS基因在膀胱癌中的表达及临床意义[J].现代肿瘤医学,2021,29(08):1350-1354.

基金:国家自然科学基金资助项目(编号:82060146);广西自然科学基金资助项目(编号:2018GXNSFAA281270)