CENPW在泛癌中的免疫及甲基化相關(guān)性生物信息學(xué)分析

侯青 崔衍東 崔曉晗

摘要：本研究擬通過(guò)生物信息學(xué)的方法探究CENPW蛋白是否可以應(yīng)用于泛癌的診斷、治療及預(yù)測(cè)患者預(yù)后情況。

關(guān)鍵詞：著絲粒蛋白W;泛癌 ;生物信息學(xué);免疫;甲基化

【中圖分類號(hào)】R-1 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ?【文章編號(hào)】1673-9026（2020）09-179-02

作為困擾人類多個(gè)世紀(jì)的致命疾病，癌癥正逐漸成為全球范圍內(nèi)最常見(jiàn)的死亡原因之一，其發(fā)病率和死亡率仍在逐年快速增長(zhǎng)[1]。據(jù)估計(jì)，2018年全世界有超過(guò)1810萬(wàn)例新癌癥病例，超過(guò)960萬(wàn)例與癌癥相關(guān)的死亡。迄今為止，早期診斷和治療仍然是提高許多癌癥的預(yù)后甚至治愈的最有效方法。但是，對(duì)于晚期癌癥患者，應(yīng)用分子靶向治療或免疫治療在內(nèi)的多種治療均未取得令人鼓舞的結(jié)果。因此，發(fā)現(xiàn)可以早期診斷和治療腫瘤的有效生物標(biāo)志物將有效改善患者的預(yù)后。

1.1臨床相關(guān)性和預(yù)后分析

根據(jù)基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，將所有患者分為CENPW表達(dá)高和CENPW表達(dá)低的患者。使用Kaplan-Meier生存曲線比較高和低KIF20A表達(dá)組之間的預(yù)后差異，包括：總生存期（Overall survival，OS），疾病特異性生存期（Disease-specific survival，DSS），無(wú)病間隔（Disease-free interval，DFI），無(wú)進(jìn)展間隔（Progression-free interval，PFI）。此外，臨床相關(guān)的的信息也被用來(lái)分析這兩組之間的臨床相關(guān)差異。數(shù)據(jù)閾值均被設(shè)置為P <0.05。

1.2CENPW分析腫瘤突變負(fù)荷，微衛(wèi)星不穩(wěn)定性和腫瘤微環(huán)境

使用perl代碼計(jì)算33種腫瘤樣品的腫瘤突變負(fù)荷得分。使用Spearman分析確定泛癌中CENPW與腫瘤突變負(fù)荷之間的相關(guān)性。微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)以“bam”文件的形式從TCGA下載。同時(shí)，分析了CENPW與微衛(wèi)星不穩(wěn)定性之間的相關(guān)性。然后，利用ESTIMATE軟件包計(jì)算33種腫瘤的基質(zhì)和免疫評(píng)分。

1.3與CENPW在泛癌中共表達(dá)的基因

在共表達(dá)區(qū)間為COR：-0.5-07和P <0.05的篩選條件下，分析了33個(gè)腫瘤中47個(gè)免疫相關(guān)基因與CENPW之間的相關(guān)性。 并把共表達(dá)結(jié)果呈現(xiàn)在熱圖中。

1.4基因集富集分析

使用GSEA（Gene Set Enrichment Analysis）v4.0.1進(jìn)行GO（Gene Ontology）分析，以研究CENPW在33種腫瘤中的生物學(xué)功能。 臨界值為FDR <0.25和NOM P值<0.05。

2 結(jié)果

2.1 CENPW mRNA水平和臨床病理特征在泛癌中和相應(yīng)的正常組織中有顯著差異。

首先，通過(guò)R語(yǔ)言比較了33個(gè)腫瘤組織和相應(yīng)正常組織中CENPW中的表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)類型的腫瘤中KIF20A的表達(dá)都呈現(xiàn)不同程度的升高。腫瘤組織中CENPW與周圍組織中mRNA水平有顯著差異的腫瘤類型被總結(jié)在圖1中。其次，驗(yàn)證了高低表達(dá)組CENPW患者的預(yù)后差異：在許多腫瘤中，CENPW高表達(dá)與不良OS，DSS，DFI和PFI相關(guān)。在OS，DSS，DFI和PFI的分析結(jié)果中。

2.2 泛癌中與CENPW相關(guān)的免疫浸潤(rùn)細(xì)胞的分析

腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞是癌癥前哨淋巴結(jié)狀態(tài)和存活的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。免疫細(xì)胞與CENPW相關(guān)性分析中，我們主要列舉了B細(xì)胞，CD4+T細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞 ，樹突狀（dendritic）細(xì)胞，巨噬細(xì)胞（macrophages）和中性粒細(xì)胞（neutrophils）。其中，CENPW在三種腫瘤中與免疫浸潤(rùn)細(xì)胞的相關(guān)性最緊密，包括：腎透明細(xì)胞癌（Kidney renal clear cell carcinoma，KIRC），肝細(xì)胞肝癌（Liver hepatocellular carcinoma，LIHC）和肺鱗癌（Lung squamous cell carcinoma，LUSC）。在腎透明細(xì)胞癌中，CENPW的表達(dá)水平與B細(xì)胞，CD4+T細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞 ，樹突狀細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞均呈正相關(guān)，且結(jié)果具有顯著意義。在肝細(xì)胞肝癌中，CENPW的表達(dá)水平被與上調(diào)的B細(xì)胞，CD4+T細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞 ，樹突狀細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)程度聯(lián)系起來(lái)。而在肺鱗癌中，CENPW則與B細(xì)胞，CD4+T細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞 ，樹突狀細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)程度呈負(fù)性相關(guān)。

2.3 泛癌中與CENPW相關(guān)的腫瘤微環(huán)境分析

我們利用基質(zhì)評(píng)分，免疫評(píng)分和ESTIMATE評(píng)分綜合評(píng)價(jià)CENPW在泛癌中與腫瘤微環(huán)境的相關(guān)性，并列舉了每種評(píng)分中相關(guān)性最顯著的三種腫瘤類型（圖4）。在甲狀腺癌 （Thyroid carcinoma，THCA）和腎透明細(xì)胞癌中，CENPW的表達(dá)水平與基質(zhì)評(píng)分呈正相關(guān)。相反，肺鱗癌的患者中，CENPW與基質(zhì)評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。甲狀腺癌、腎透明細(xì)胞癌和前列腺癌 （Prostate adenocarcinoma，PRAD）的背景下，CENPW的表達(dá)水平與免疫評(píng)分均呈正相關(guān)。而甲狀腺癌和腎透明細(xì)胞癌的ESTIMATE評(píng)分與CENPW的表達(dá)水平呈正相關(guān)。而在肺鱗癌中，CENPW的表達(dá)被與下調(diào)的ESTIMATE評(píng)分聯(lián)系起來(lái)。

2.4 CENPW與免疫檢查點(diǎn)基因在泛癌中的共表達(dá)分析

在正常情況下，腫瘤微環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞可以被免疫系統(tǒng)識(shí)別并清除，但腫瘤細(xì)胞應(yīng)用不同的方式，通過(guò)抑制免疫系統(tǒng)，達(dá)到逃避免疫應(yīng)答的作用。腫瘤免疫治療就是通過(guò)激活腫瘤-免疫循環(huán)，恢復(fù)機(jī)體正常腫瘤免疫應(yīng)答，進(jìn)一步抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展或清除腫瘤。其中，單克隆抗體類免疫檢查點(diǎn)抑制劑作為腫瘤免疫治療的重要組成成分在33個(gè)腫瘤中，我們探索了47個(gè)免疫檢查點(diǎn)基因與CENPW之間的共表達(dá)關(guān)系。

2.5 CENPW的表達(dá)與腫瘤新抗原、腫瘤突變負(fù)荷和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的相關(guān)性

腫瘤新抗原即腫瘤細(xì)胞突變基因編碼的新生抗原，其主要由腫瘤細(xì)胞的基因點(diǎn)突變、刪除突變和基因融合等方式產(chǎn)生。腫瘤新抗原經(jīng)過(guò)酶解之后生成多肽片段，經(jīng)過(guò)處理的多肽片段的被呈遞給T細(xì)胞，此過(guò)程促使T細(xì)胞能夠特異性識(shí)別腫瘤新生抗原。其中，LUAD、BRCA、KIRC、UCEC、READ、STAD、CESC和LGG與腫瘤新抗原存在顯著相關(guān)性。腫瘤突變負(fù)荷的突變類型主要包擴(kuò)單核苷酸變異、小片段插入/缺失等，其量化的主要方式為腫瘤細(xì)胞基

因組編碼區(qū)平均1Mb堿基出現(xiàn)的體細(xì)胞突變數(shù)量及非同義突變總數(shù)表示。我們對(duì)CENPW與泛癌中的腫瘤突變負(fù)荷應(yīng)用雷達(dá)圖進(jìn)行了數(shù)據(jù)可視化，BLCA、BRCA、KICH、LGG、LUAD、PAAD、PRAD、SKCM、STAD、THYM及UCS。腫瘤中存在微衛(wèi)星重復(fù)插入和缺失而造成了微衛(wèi)星不穩(wěn)定性，在泛癌的研究背景下，我們對(duì)CENPW相關(guān)的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)BRCA、CESC、HNSC、LIHC、LUSC、READ、SKCM、STAD、THCA和UCEC的結(jié)果存在顯著性意義。

2.6 CENPW在泛癌中的表達(dá)水平與DNA修復(fù)基因（MMRs）及甲基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)關(guān)系

DNA修復(fù)基因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)的錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制，其功能失調(diào)會(huì)致使DNA復(fù)制錯(cuò)誤無(wú)法被修復(fù)，增加了細(xì)胞突變的幾率。CENPW的表達(dá)在多種腫瘤中與5個(gè)DNA修復(fù)基因存在相關(guān)性。如乳腺癌中，CENPW的表達(dá)與MLH1、MSH2、MSH6、PMS2和EPCAM均存在顯著的相關(guān)性。在LUA、READ中，MLH1、MSH2、MSH6、PMS2和EPCAM與CENPW均存在正相關(guān)。而DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及蛋白質(zhì)相互作用的改變，進(jìn)一步影響了基因表達(dá)水平。 DNA甲基化主要通過(guò)DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶起作用，因此我們分析了CENPW與DNMT1（紅色）、DNMT2（藍(lán)色）、DNMT3A（綠色）及DNMT3B（紫色）的表達(dá)相關(guān)性。

3 討論

癌癥是世界上最重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一，人口老齡化、人口的快速增長(zhǎng)和致癌因素的增加等因素使癌癥的發(fā)病率正在以驚人的速度惡化。到目前為止，發(fā)生率最高的三大惡性腫瘤是肺癌（182萬(wàn)），乳腺癌（167萬(wàn)）和結(jié)直腸癌（136萬(wàn)）。值得注意的是，死亡人數(shù)最多的惡性腫瘤是肺癌（160萬(wàn)例死亡），肝癌（745，000例死亡）和胃癌（723，000例死亡）。轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)是導(dǎo)致腫瘤患者死亡的兩個(gè)重要因素。因此，尋找有效的預(yù)防策略，診斷方法和治療方法以改善惡性腫瘤患者的生存期至關(guān)重要。腫瘤發(fā)生分子機(jī)制的研究有助于發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物，以便于有效地預(yù)防腫瘤的發(fā)生、及時(shí)診斷腫瘤和提供有效的分子治療靶點(diǎn)最終改善患者的生存期。

總之，CENPW在泛癌中起重要作用，并且可能影響多種腫瘤的發(fā)生或發(fā)展。 此外，CENPW與免疫及甲基化的相關(guān)研究有望成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳淼經(jīng)，汲乾坤，范陽(yáng)華，呂世剛，葉敏華，吳雷，祝新根.著絲粒蛋白W在腦膠質(zhì)瘤中的表達(dá)及其對(duì)侵襲的作用[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2016，37（03）：388-392.

作者單位：

1.肥城市第二人民醫(yī)院 ?外科 ?泰安 ?271605 ?2.肥城市第二人民醫(yī)院 ?內(nèi)科 ?泰安 ?271605

3.南京醫(yī)科大學(xué) ?南京 ?211166