基于生物信息學(xué)分析對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤特異性生物標(biāo)志物的篩查

張曉東，車俊誠

(博興縣人民醫(yī)院，山東 博興 256500)

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Glioblastoma，GBM)是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，預(yù)后較差，復(fù)發(fā)率極高[1]。瘤周腦內(nèi)區(qū)(Peritumoural brain zone，PT)是GBM最常見的復(fù)發(fā)部位，但目前對其研究多集中于腫瘤中心區(qū)域(Tumour core，TC)。有研究發(fā)現(xiàn)，PT區(qū)的組織學(xué)未發(fā)現(xiàn)異常，與TC區(qū)具有不同的基因表達產(chǎn)物，PT區(qū)腫瘤細(xì)胞與TC相比具有更強的遷移和侵襲性。本研究通過GEO數(shù)據(jù)庫獲得GBM測序信息并進行生物信息學(xué)分析，對其特異性表達基因及可能影響其復(fù)發(fā)的基因進行篩查，從而為理解GBM的發(fā)病及復(fù)發(fā)機制提供新思路。

1 資料與方法

1.1收集數(shù)據(jù) 利用由NCBI創(chuàng)建的基因表達數(shù)據(jù)庫GEO下載GSE 116520的基因表達譜，該數(shù)據(jù)集包含41個組織樣本，其中包括17個GBM的TC、17個PT以及8個非腫瘤性腦組織(Control)。

1.2篩選差異基因 使用在線軟件GEO2R篩選GSE 116520數(shù)據(jù)集中TC、PT和Control組織兩兩之間的差異基因。以adj.P值<0.05和|logFC|>2為標(biāo)準(zhǔn)來篩選差異表達基因。利用Venn圖網(wǎng)站分析上述三組之間的差異表達基因的交叉。

1.3分析轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 使用在線網(wǎng)站X2K(Expression2Kinases)查找轉(zhuǎn)錄因子(Transcription factor，TF)與其靶基因之間的調(diào)控關(guān)系。選取TC vs Control與PT vs TC差異基因的交集，上傳至X2K網(wǎng)站。使用TF分析模塊，根據(jù)Fischer測試的P值，選取有意義的TF富集(P<0.05，此調(diào)控網(wǎng)絡(luò)須具有有意義的相互關(guān)聯(lián)邊緣節(jié)點)。

2 結(jié)果

2.1各組基因表達情況 相對于Control組織，GBM的TC區(qū)差異表達的基因較PT區(qū)多。TC區(qū)共有683個差異表達的mRNA，其中上調(diào)的有215個(top3為TGFB1、CHI3L1、ANXA2P1)，下調(diào)的有468個(top3為PACSIN1、DDN、CAMK2A)。PT區(qū)共294個，包括97個上調(diào)的mRNA(top3為TOP2A、ANXA2P1、SERPINA3)及197個下調(diào)的mRNA(top3為DDN、PACSIN1、CAMK2A)。進一步就PT區(qū)與TC區(qū)的差異基因進行比較，僅發(fā)現(xiàn)19個差異mRNA，且均為上調(diào)基因。詳見表1。

表1 PT與TC的19個差異基因

2.2差異基因的交集 將三組比較的差異基因取交集，發(fā)現(xiàn)在TC vs Control與PT vs Control中共同有289個差異基因。在TC vs Control與PT vs TC共同有19個差異基因，且均包含在TC vs Control的差異基因中。PT vs Control和PT vs TC中僅共同有1個差異基因，也是三組比較共同包含的差異基因，即OPALIN(TC vs Control，adj.P=3.60E-13，logFC=-4.804；PT vs Control，adj.P=9.79E-04，logFC=-2.803；PT vs TC，adj.P=0.009，logFC=2.002)。

2.3PT組織特異性表達的差異基因的TF分析和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 進一步對共同有的289個差異基因進行TF及蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，共識別7個關(guān)鍵TF，依據(jù)深度依次為EZH2、TRIM28、SUZ12、SMAD4、E2F4、REST及FOXM1。

3 討論

由于GBM具有侵襲性生長的特性，腫瘤、瘤周腦內(nèi)區(qū)及周圍正常腦組織之間的邊界欠清，手術(shù)并不能完全切除存在惡性病變的腦組織。臨床發(fā)現(xiàn)許多GBM患者對化療和放療存在抵抗，預(yù)后較差[2]。因此，對GBM進行深入的發(fā)病機制研究，篩選與其疾病進展相關(guān)的分子標(biāo)志物是目前待解決的問題。

近年來，轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因芯片等高通量測序及生物信息學(xué)方法的快速發(fā)展和應(yīng)用為從分子水平探索腫瘤的發(fā)生、發(fā)展提供了有效手段。本研究通過GEO數(shù)據(jù)庫獲取GBM的基因表達譜，采用生物信息學(xué)方法分析了不同部位和對照組織中基因表達的差異。發(fā)現(xiàn)了相對于對照組，TC區(qū)差異表達的基因較PT區(qū)多，但PT區(qū)組織仍具有可觀數(shù)量的差異基因，其下調(diào)的top3 mRNA與TC區(qū)相同，差異基因的表達模式與TC區(qū)相近；PT區(qū)與TC區(qū)組織相比僅發(fā)現(xiàn)19個差異mRNA，且均為上調(diào)基因，這些基因包括MAG、PLP1、MOBP等可能參與了PT區(qū)腫瘤細(xì)胞增殖和遷移的調(diào)控，導(dǎo)致了PT區(qū)腫瘤細(xì)胞具有更強的遷移和侵襲能力；對共同有的289個差異mRNA的TF及蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)進行分析，發(fā)現(xiàn)了TRIM28及SMAD4等7個關(guān)鍵TF；定義了三組樣本兩兩比較共同具有的差異基因OPALIN，并就TC vs Control與PT vs Control共同有的289個差異基因進行了轉(zhuǎn)錄因子的分析和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

OPALIN是一種位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘旁環(huán)膜的跨膜唾液糖蛋白，已被發(fā)現(xiàn)在壞死性結(jié)腸炎急性腦反應(yīng)、帕金森病及惡性腫瘤中發(fā)揮一定的作用[3-4]。本研究發(fā)現(xiàn)OPALIN可能在GBM的發(fā)病及復(fù)發(fā)中起到十分重要的作用，值得進一步在體內(nèi)及體外試驗中進行相關(guān)的表達及功能驗證。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了OPALIN在GBM不同部位顯著的差異表達，識別了GBM發(fā)生過程中可能發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵TF，OPALIN及上述轉(zhuǎn)錄因子可以作為潛在GBM復(fù)發(fā)或發(fā)病的分子標(biāo)志物，為進一步研究GBM發(fā)生及發(fā)展的分子機制提供了新思路。