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生物信息学分析FERMT1在膀胱癌组织中的表达及意义

2021-12-08 132 上传者：管理员

摘要：目的:生物信息学分析FERMT1在膀胱癌组织中的表达水平及其与病理参数的关系,并进而挖掘其突变信息及调控网络。方法:首先利用GEPIA数据库分析FERMT1在多种癌症中的表达水平,进而利用Oncomine及THPA等在线网站分析膀胱癌组织中FERMT1基因的mRNA及蛋白质表达情况;利用在线UALCAN数据库展现FERMT1与临床病理参数间的关系;cBioPortal在线数据库分析FERMT1基因的突变情况;LinkedOmics软件探究与FERMT1共表达的基因及基因富集分析。结果:FERMT1在多数癌症中呈现高表达,在膀胱癌组织中mRNA及蛋白水平均发生明显上调,且FERMT1表达水平与膀胱癌临床病理参数密切相关;同时,FERMT1基因发生多种类型的拷贝数突变,其中错义突变最为常见;FERMT1与多种基因存在共表达关系,进一步的富集分析展示这些基因在多种生物学过程中发挥重要作用。结论:本研究有效地揭示了FERMT1在膀胱癌组织中的表达信息及潜在的调控网络,为进一步研究FERMT1在膀胱癌组织发生发展中的作用奠定了理论基础。

关键词：
FERMT1
基因表达
生物信息学分析
膀胱癌
预后分析
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膀胱癌是泌尿生殖系统中恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率均较高。膀胱癌主要分为浅表性膀胱癌和肌层浸润性膀胱癌，且病变的浸润范围、浸润深度和转移潜能与患者的预后密切相关[1]。尽管当前临床诊疗手段取得了很大进展，但鉴于其复发率高及易转移的特征，患者5年总生存期仍较短[2]。因此，探索研究可以预测及监控膀胱癌发生发展的生物标志物，对膀胱癌患者的诊断、精准治疗及改善预后意义重大。

FERMT1基因位于染色体20p12.3位点，编码fermitin家族同源蛋白1(又称kindlin1),共677个氨基酸，分子量为77.3kD。FERMT1蛋白包含PH结构域以及被其分隔成两部分的FERM结构域。FERMT1蛋白在角质形成细胞及结肠中呈高表达，对维持表皮及肠道上皮完整性具有重要意义[3]。在本研究中，我们通过生物信息学手段分析、挖掘癌症基因组图谱(TCGA)和多种公共数据库中膀胱癌组织中的FERMT1表达及突变情况，并利用多维分析方法评估膀胱癌组织中与FERMT1相关的基因表达和功能网络，为阐明膀胱癌的发病机制以及筛选潜在的治疗靶点提供理论和实验依据。

1、材料与方法

1.1 Oncomine数据库分析

Oncomine数据库(https://www.oncomine.org/)是一个肿瘤基因芯片数据库及整合数据提取平台[4],根据需要设定筛选条件：①Gene:FERMT1;②CancerType:BladderCancer;③AnalysisType:CancervsNormalAnalysis;④DataType:mRNA;⑤临界值设定条件：foldchange>2,P-value<0.05,generank=top10%。

1.2 GEPIA数据库分析

GEPIA数据库(http://gepia.cancer-pku.cn/index.html)基于癌症基因组图谱(TCGA)和GTEx项目共9736个肿瘤样本和8587个正常样本进行数据分析[5]。利用GEPIA数据库分析FERMT1在正常组织及多种癌症中的表达情况并进行比较。

1.3 TheHumanProteinAtlas数据库分析

人类蛋白表达图谱数据库基于抗体标志，研究蛋白在人体正常组织、肿瘤组织和细胞系中免疫组化染色状态，分析比较肿瘤组织蛋白表达差异。在本研究中，对FERMT1在膀胱癌组织中免疫组织化学数据进行分析。

1.4 UALCAN数据库分析

UALCAN数据库(http://ualcan.path.uab.edu/)是一个有效的癌症数据在线分析和挖掘平台，主要基于TCGA数据库中的相关癌症数据进行分析。本研究利用UALCAN数据库分析FERMT1在膀胱癌组织中的表达及FERMT1表达与临床病理参数的关系。

1.5 cBioPortal数据库分析

cBioPortal数据库(http://www.cbioportal.org)包含TCGA数据库、ICGC、GEO等多种数据库[6],并整合DNA拷贝数改变，DNA甲基化、细胞突变等基因组数据类型，本研究利用cBioPortal数据库在线分析TCGA数据库中膀胱癌患者FERMT1基因变异数据及突变位点。

1.6 LinkedOimcs数据库分析

LinkedOmics数据库(http://www.linkedomics.org/login.php)为多维在线数据分析平台[7],主要包含三种分析模块，其中LinkFinder模块用来分析膀胱癌中与FERMT1共表达的基因概况，LinkInterpreter模块用来进行GO注释和KEGG富集分析。

1.7 统计学分析

通过t检验分析膀胱癌组织与正常组织中FERMT1基因表达的差异，采用单因素方差分析比较不同临床病理状态之间FERMT1基因的表达差异，P<0.05为差异具有统计学意义。

2、结果

2.1 FERMT1基因在所有肿瘤组织中的表达

FERMT1基于在GEPIA数据库中收录的所有肿瘤与正常组织中的表达比较，与同组正常组织相比，FERMT1在肾上腺皮质癌和皮肤黑色素瘤组织中呈低表达，在膀胱癌、宫颈癌、结肠癌、头颈鳞癌、胶质瘤、肺癌、胰腺癌、胃癌、胸腺癌组织中呈高表达，而在其他癌症中差异没有统计学意义，表明FERMT1表达存在组织特异性(图1)。

2.2 FERMT1在膀胱癌组织与正常组织间的表达差异

我们初步利用GEPIA数据库分析膀胱癌组织和正常组织中FERMT1的转录水平，结果表明膀胱癌组织中FERMT1的mRNA表达水平明显高于对照组(图2A)。通过Oncomine数据库的分析，Sanchez-Carbayo2芯片数据显示FERMT1在膀胱癌组织中的表达水平高于正常组织(图2B),具有代表性的组织蛋白免疫组化图像一致地显示FERMT1蛋白在膀胱癌组织中呈阳性表达，而在正常对照组织中呈阴性表达(图2C)。以上结果表明，膀胱癌组织中FERMT1在转录水平和翻译水平表达均发生显著上调。

2.3 FERMT1基因表达水平与膀胱癌患者临床病理参数的关系

利用在线UALCAN数据库进一步验证FERMT1在膀胱癌组织中的表达水平，结果表明FERMT1基因在肿瘤组织中的表达水平明显高于正常组织。进一步对408例膀胱癌患者的多种临床病理特征进行亚组分析(部分数据录入不全或有删失),发现FERMT1的高转录水平与肿瘤分期分型及其他亚型密切相关。因此，FERMT1可能作为膀胱癌潜在的诊断生物标志(图3)。

2.4 FERMT1基因在膀胱癌组织中的变异情况

为了更好地了解膀胱癌组织中FERMT1的突变情况，利用cBioPortal对FERMT1的基因状态进行了研究，结果表明，在402例患者中有36例样本中FERMT1发生了改变，mRNA扩增是最常见的基因拷贝数变异，同时表明FERMT1在膀胱癌组织中存在高频率的DNA变异现象(图4A)。此外，FERMT1第55、98、131、264、639位氨基酸对突变易感，且突变类型属于错义突变(图4B)。

2.5 FERMT1基因在膀胱癌组织中的共表达基因

利用LinkedOmics软件分析TCGA数据库中膀胱癌患者中与FERMT1共表达的基因，图5A和图5B分别表示与FERMT1呈正相关和负相关的50个最显著的基因。图5C火山图展示了FERMT1相关的所有基因，其中IRF6(r=0.6469,P=9.78E-50)、ITGB4(r=0.6304,P=1.356E-46)、FAM83B(r=0.6132,P=1.723E-43)、TNS4(r=0.6108,P=4.437E-43)和TP63(r=0.5943,P=2.521E-40)是与FERMT1正相关最显著的五个基因(图5D-H),而ATP6V1G2(r=-0.4865,P=1.251E-25)和CAMK1(r=-0.4832,P=2.901E-25)为与FERMT1显著负相关的两个基因(图5I-J)。

2.6 FERMT1共表达基因富集分析

探究FERMT1促进膀胱癌进展的潜在分子机制，对于FERMT1共表达的基因进行富集分析，这些基因可能在细胞增殖、细胞周期、黏附和新陈代谢中发挥作用。基因本体GO富集分析包括生物过程、细胞成分和分子功能。与FERMT1共表达的基因主要位于细胞膜、细胞核、细胞膜包膜腔及蛋白复合体，参与蛋白质和离子结合、核酸结合以及调控水解酶和转移酶活性，表明FERMT1对生物调节、转录和代谢过程有影响(图6)。

3、讨论

尽管膀胱癌是一种常见的致命性肿瘤，且其潜在的病理机制尚不清楚，FERMT1是Kindlin蛋白家族成员之一，是整合素活性的调节者。整合素被认为是跨膜黏附受体，在促进细胞基本的发育、生理和病理过程中发挥重要作用[8]。病理学研究表明，FERMT1基因在多种恶性肿瘤中表达异常，与肿瘤的发生发展密切相关。据文献报道，乳腺癌组织中FERMT1基因的转录水平和翻译水平表达均发生上调，并与原发肿瘤的发生和肺转移密切相关[9];与正常的胰腺导管上皮细胞和癌相关成纤维细胞相比，FERMT1转录水平在各胰腺癌细胞中均上调，暗示其作为胰腺癌发生的有前途的生物标志物的潜力[10]。然而，对FERMT1在膀胱癌进展中发挥的作用有待进一步的探索。

本研究基于多种在线数据库和mRNA测序图谱，通过挖掘GEPIA、Oncomine和THPA数据库，结果发现与正常组织相比，膀胱癌组织中FERMT1的mRNA和蛋白水平显著升高。根据肿瘤分期、组织学亚型、分子亚型、淋巴结转移状况等亚组分析，膀胱癌患者中FERMT1的转录水平明显高于正常人。拷贝数变异是最重要的体细胞突变之一，可能是影响肿瘤发生发展的关键因素之一[11]。接下来我们通过对cBioPortal数据库的分析，对膀胱癌组织中FERMT1的突变进行评估，结果表明FERMT1mRNA扩增是导致基因转录增加的主要突变类型，并对于FERMT1共存的基因进行分析，以更好地了解FERMT1在癌变过程中的作用。IRF6、ITGB4、FAM83B、TNS4和TP63的表达与FERMT1呈正相关，而ATP6V1G2和CAMK1的表达与FEMRT1呈负相关。

其中，ITGB4负责细胞与细胞外基质的黏附、细胞信号传导和细胞迁移等生物学过程[12],最近研究表明，ITGB4和FERMT1都是大疱性表皮松解症的遗传学基础[13],而ITGB4拷贝数变异影响包括膀胱癌在内的上皮型癌症的进展[14],推测FERMT1可能通过某种途径参与调控ITGB4的活性，有待进一步的研究；TP63编码p53转录因子家族的成员之一，可能通过诱导JAG1和JAG2参与Notch信号转导，并在上皮形态发生的调节中发挥作用[15]。INOUEY等人发现转录因子TP63可以介导成人真皮成纤维细胞进入尿路上皮细胞，进而治疗泌尿系疾病[16]。与以往的研究一样，TP63在膀胱癌发生的早期阶段就已经表达异常，并且在尿路上皮癌形成过程中与多种p63亚型进行平衡[17]。其他基因与膀胱癌或FERMT1之间的关系尚无文献报道，这里也不进行详细讨论。

综上所述，本研究揭示了FERMT1在膀胱癌组织中的表达较正常组织中相比发生明显上调，可考虑作为膀胱癌诊断及预后的潜在生物标记物，因此需要更加深入的细胞实验和临床试验来验证FERMT1在膀胱癌及其他癌症中的价值。

参考文献:

[4]瞿根义,汤乘,徐勇,等基于癌症基因组图谱和Oncomine数据库膀胱尿路上皮癌生物信息学分析[J].疑难病杂志,2020.19(8)823-827.

[5]刘洪军,漆建,尹久,等.基于Oncomine数据库及GEPIA数据库分析CHI3L2基因在胶质母细胞瘤中的表达及与预后的相关性[J].现代肿瘤医学,2020,28(2):3506-3510.

[6]郑帅,田国祥,韩迪迪,等.cBioPora数据库介绍及数据提取流程(J].中国循证心血管医学,202012(9)1028-1031.

文章来源：郭小会,李策,宫丽宝,李亚天,车晓芳,曲秀娟.生物信息学分析FERMT1在膀胱癌组织中的表达及意义[J].现代肿瘤医学,2022,30(01):71-76.