2型糖尿病與胰腺癌表達(dá)譜的相關(guān)分析

孫麗巖，李 珺，王 泳

(中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)北京市總隊(duì)第二醫(yī)院，北京100037)

糖尿病與癌癥都是目前全球性的高發(fā)疾病，都有急劇上升趨勢(shì)。流行病學(xué)研究表明，2型糖尿病患者患癌癥的概率高于正常人［1～4］。統(tǒng)計(jì)學(xué)研究表明，糖尿病患者發(fā)生胰腺癌的比例高于正常健康人。但目前對(duì)胰腺癌與糖尿病的因果關(guān)系還存在一些爭(zhēng)議。為探討2型糖尿病與胰腺癌之間的關(guān)系，我們進(jìn)行了相關(guān)研究。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料 從基因表達(dá)匯編(GEO)數(shù)據(jù)庫(kù)中下載2型糖尿病患者及其對(duì)照的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE13760)［5］，以及胰腺癌患者及其對(duì)照的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE16515)［6］。其中2型糖尿病患者10例，對(duì)照者11例，平臺(tái)為affymatrix的HG-U133A_2。胰腺癌患者10例，對(duì)照者10例，平臺(tái)為Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0。

1.2 方法

1.2.1 分析方法 使用R語(yǔ)言affy包對(duì)基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，用Limma包篩選2型糖尿病患者與其對(duì)照之間的差異基因，以及胰腺癌與其對(duì)照之間的差異基因。將差異基因提交到DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)(david.abcc.ncifcrf.gov/home.jsp)分析全基因及代謝途徑(KEGG)通路。KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中包含代謝網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞過(guò)程及人類疾病等通路信息。DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)提供了很多注釋工具，這些工具可以將一個(gè)基因列表富集到特定的通路中。將2型糖尿病及其對(duì)照的差異基因提交到DAVID在線網(wǎng)站上，分析這些基因會(huì)在哪些KEGG通路上富集。隨后，我們將胰腺癌及其對(duì)照的差異基因進(jìn)行了同樣分析。得到這些通路后，對(duì)二者的KEGG通路進(jìn)行比較。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用 R語(yǔ)言統(tǒng)計(jì)軟件，P≤0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 2型糖尿病的基因表達(dá)譜分析 采用R統(tǒng)計(jì)學(xué)語(yǔ)言，通過(guò)Limma進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。我們共篩選出416個(gè)上調(diào)基因，348個(gè)下調(diào)基因(P均＜0.05)。其中，上調(diào)基因主要富集到15條通路上(見(jiàn)表1)，下調(diào)基因主要富集到10條通路上(見(jiàn)表2)。

2.2 胰腺癌的基因表達(dá)譜分析 通過(guò)Limma分析，我們共篩選出778個(gè)上調(diào)基因，129個(gè)下調(diào)基因(P均＜0.05)。其中，上調(diào)基因主要富集到20條通路上(見(jiàn)表3)，下調(diào)基因主要富集到15條通路上(見(jiàn)表4)。

2.3 2型糖尿病與胰腺癌通路之間的比較 從表1、3中可以看出，2型糖尿病上調(diào)的差異基因所富集到的通路與胰腺癌上調(diào)的差異基因所富集到的通路相同的有3條，分別為癌癥通路、軸突導(dǎo)向通路和小細(xì)胞肺癌通路。其中2型糖尿病在癌癥通路中共有18個(gè)基因，而胰腺癌在該通路中共有37個(gè)基因。對(duì)這些基因進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，在癌癥通路中共有一個(gè)基因ENTREZ_GENE_ID:3845。而在軸突導(dǎo)向通路中，2型糖尿病有7個(gè)基因，胰腺癌有11個(gè)基因，其中Nras(ENTREZ_GENE_ID:4893)和Kras(ENTREZ_GENE_ID:3845)是這兩個(gè)疾病共有的。在小細(xì)胞肺癌通路中，2型糖尿病有6個(gè)基因，胰腺癌有11個(gè)基因，它們之間不存在相同的基因。從表2、4中可以看出，2型糖尿病和胰腺癌下調(diào)基因所富集到的通路相同的有2條，分別為ECM-受體相互作用和局部粘連通路。其中2型糖尿病在ECM-受體相互作用通路中所富集的基因有7個(gè)，胰腺癌有2個(gè)。局部粘連通路中2型糖尿病有10個(gè)基因，胰腺癌有3個(gè)基因。

表1 2型糖尿病中上調(diào)的差異基因在DAVID中富集到的通路

表2 2型糖尿病中下調(diào)的差異基因在DAVID中富集到的通路

3 討論

研究報(bào)道，肝癌、胰腺癌、子宮內(nèi)膜癌、大腸直腸癌、膀胱癌及乳腺癌與2型糖尿病都有明顯的正相關(guān)關(guān)系，風(fēng)險(xiǎn)甚至比正常人高兩倍以上。近年來(lái)，胰腺癌在我國(guó)的發(fā)病率呈明顯上升趨勢(shì)，而且趨于年輕化。關(guān)于胰腺癌的致病因素目前尚無(wú)定論，一方面胰腺癌可造成糖代謝異常，引發(fā)糖尿病;另一方面糖尿病也可能是胰腺癌的致病因素［7，8］。Slim 等［9］認(rèn)為胰腺癌可能會(huì)產(chǎn)生源自腫瘤的糖尿病物質(zhì)，使血糖增高，引發(fā)糖尿病。2010年Huang等［10］發(fā)現(xiàn)，一些生化指標(biāo)可用于胰腺癌高風(fēng)險(xiǎn)人群的2型糖尿病篩選，用于尚無(wú)臨床癥狀的早期胰腺癌早期診斷。

表3 胰腺癌上調(diào)的差異基因在DAVID中富集到的通路

表4 胰腺癌下調(diào)的差異基因在DAVID中富集到的通路

本文從生物信息學(xué)角度，對(duì)2型糖尿病和胰腺癌的基因表達(dá)譜進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，在2型糖尿病上調(diào)的差異基因所富集到的通路與胰腺癌上調(diào)的差異基因所富集到的通路中，共有一個(gè)基因ENTREZ_GENE_ID:3845，該基因?yàn)镵ras，它涉及到乳腺癌、肺癌、胰腺癌等很多癌癥。而在軸突導(dǎo)向通路中，2型糖尿病有7個(gè)基因，胰腺癌有11個(gè)基因，其中Nras(ENTREZ_GENE_ID:4893)和Kras(ENTREZ_GENE_ID:3845)是這兩個(gè)疾病共有的。Nras是一個(gè)非常重要的致癌基因，它與Kras同屬于RAS基因家族。2型糖尿病和胰腺癌相同的下調(diào)基因所富集到的通路共有2條，其中2型糖尿病在ECM-受體相互作用通路中所富集的基因有7個(gè)，胰腺癌有2個(gè);在局部粘連通路中，2型糖尿病有10個(gè)基因，胰腺癌有3個(gè)基因。

通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)RAS基因家族在2型糖尿病和胰腺癌中起重要的作用，它的兩個(gè)家族成員Kras和Nras在2型糖尿病和胰腺癌的通路中都有出現(xiàn)。因此推斷這兩個(gè)基因的過(guò)表達(dá)可能是導(dǎo)致2型糖尿病和胰腺癌共同發(fā)生的一個(gè)主要原因。雖然在下調(diào)基因中沒(méi)發(fā)現(xiàn)2型糖尿病和胰腺癌在同一個(gè)通路中存在共同基因，但由于這些基因都存在于同一個(gè)通路中，所以它們之間是相互影響的。也就是說(shuō)如果胰腺癌患者該通路發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致2型糖尿病發(fā)生，反之亦然。綜上所述，我們從理論的角度進(jìn)一步論證了2型糖尿病和胰腺癌之間有必然的聯(lián)系。

［1］Saydah SH，Loria CM，Eberhardt MS，et al.Abnormal glucose tolerance and the risk of cancer death in the United States［J］.Am J Epidemiol，2003，157(12):1092-1100.

［2］Coughlin SS，Calle EE，Teras LR，et al.Diabetes mellitus as a predictor of cancer mortality in a large cohort of US adults［J］.Am J Epidemiol，2004，159(12):1160-1167.

［3］ Michels KB，Solomon CG，Hu FB，et al.Type 2 diabetes and subsequent incidence of breast cancer in the Nurses’Health Study［J］.Diabetes Care，2003，26(6):1752-1758.

［4］Bowker SL，Majumdar SR，Veugelers P，et al.Increased cancerrelated mortality for patients with type 2 diabetes who use sulfonylureas or insulin:response to farooki and schneider［J］.Diabetes Care，2006，29(8):1990-1991.

［5］Skov V，Knudsen S，Olesen M，et al.Global gene expression profiling displays a network of dysregulated genes in non-atherosclerotic arterial tissue from patients with type 2 diabetes［J］.Cardiovasc Diabetol，2012，11:15.

［6］Pei H，Li L，F(xiàn)ridley BL，et al.FKBP51 affects cancer cell response to chemotherapy by negatively regulating Akt［J］.Cancer Cell，2009，16(3):259-266.

［7］ Giovannucci E，Harlan DM，Archer MC，et al.Diabetes and cancer:a consensus report［J］.Diabetes Care，2010，33(7):1674-1685.

［8］Kang SP，Saif MW.Clinical outcome of pancreatic cancer patients with diabetes mellitus:is diabetes a poor prognostic factor?Highlights from the“2010 ASCO Annual Meeting”.Chicago，IL，USA.June 4-8，2010［J］.JOP，2010，11(4):334-335.

［9］ Slim I，Ach K，Chefii R，et al.Diabetes mellitus as an early symptom of pancreatic cancer diagnosed three years later［J］.Ann Endocrinol(Paris)，2009，70(1):76-79.

［10］Huang H，Dong X，Kang MX，et al.Novel blood biomarkers of pancreatic cancer-associated diabetes mellitus identified by peripheral blood-based gene expression profiles［J］.Am J Gastroenterol，2010，105(7):1661-1669.