基因芯片篩選原發性肝癌患者的差異表達基因

董亞輝　宋展

(1.新鄉醫學院　河南 新鄉　453000； 2.南陽市中心醫院 普外科　河南 南陽　473009)

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·論著·

基因芯片篩選原發性肝癌患者的差異表達基因

董亞輝1宋展2

(1.新鄉醫學院河南 新鄉453000； 2.南陽市中心醫院 普外科河南 南陽473009)

【摘要】目的利用基因表達譜芯片技術探討原發性肝癌(PHC)不同階段(癌組織、癌旁組織、正常組織)差異基因的表達，進一步尋找PHC不同階段組織中的差異表達基因。方法提取20例肝癌癌組織、癌旁組織和正常組織的總RNA，應用Agilent人類全基因組4×44K基因芯片篩選差異表達基因，采用微陣列類分析(SAS)軟件對芯片圖像進行分析。結果篩選出癌組織與正常組織差異基因4 175個，其中上調基因1 850個，下調基因2 325個。對篩選出的差異基因進行GO分類，主要分為催化活性、信號轉導、酶活性調節、轉錄活性調節、蛋白運輸功能、細胞生長、凋亡等功能過程。結論利用基因芯片技術可高通量地篩選出PHC不同階段組織的差異表達基因，為進一步闡明PHC的發生機制提供實驗依據。

【關鍵詞】肝癌；基因表達譜；基因芯片

原發性肝癌(primary hepatocellular carcinoma，PHC)是常見的消化系統惡性腫瘤，號稱癌癥之王，發病率逐年增長，目前已超過62.6萬/a，死亡接近60萬/a，位居惡性腫瘤死亡率的第3位。肝癌在我國高發，目前我國發病人數約占全球的55%[1-2]。流行病學調查顯示，我國沿海地區肝癌的發病率高于內地，且男性高于女性。近年來基因芯片技術在腫瘤研究中逐漸得到廣泛應用，為我們在分子水平研究肝癌的發病機制提供了一條新途徑。本研究通過基因表達譜芯片技術對PHC的基因表達譜進行分析，通過癌組織與癌旁組織、正常組織對比，篩選差異表達基因，以尋找與肝癌發生發展有關的基因，以利于全面了解肝癌的發病機制，為肝癌的診斷和治療提供新途徑。

1資料與方法

1.1研究對象選擇南陽市中心醫院普外科2014年1月至2014年12月經病理證實為PHC的20例住院患者，其中男15例，女5例，年齡54～76歲，中位年齡66.24歲。所有患者均有詳細的臨床資料，術前均未接受放化療，在手術和采集標本前均簽署書面知情同意書。手術切除腫瘤后立即取新鮮組織(癌組織、癌旁組織、正常組織)，切成約1 cm小塊，PBS溶液漂洗后迅速投入液氮中保存。

1.2檢測方法

1.2.1RNA抽提和純化采用TRIZOL Reagent方法，根據廠商提供的標準操作流程進行樣品總RNA抽提，抽提所得總RNA經安捷倫生物分析儀電泳質檢合格后使用RNA純化試劑盒及DNA酶消化試劑盒純化總RNA。

1.2.2樣品RNA放大和標記樣品RNA采用安捷倫表達譜芯片配套試劑盒：快速標記低輸入試劑盒(單色，貨號5190-2305，安捷倫科技，美國)。按照標準操作流程對樣品總RNA中的mRNA進行放大和標記，并用純化試劑盒(貨號74106，QIAGEN，德國)純化標記好cRNA。

1.2.3芯片雜交使用安捷倫表達譜芯片配套提供的雜交標準流程和配套試劑盒：基因表達雜交試劑盒(貨號5188-5242，安捷倫科技，美國)在滾動雜交爐(貨號2545A，安捷倫科技，美國)中滾動雜交17 h(65 ℃，10 rpm)，雜交cRNA，并在洗缸中洗片，所用試劑為基因表達的洗滌液套裝(貨號5188-5327，安捷倫科技，美國)。

1.2.4結果掃描采用安捷倫微陣列掃描儀軟件對完成雜交的芯片進行掃描，用Feature Extraction software軟件讀取數據，Gene Spring Software 11.0進行歸一化處理。

1.2.5生物信息學分析用上海伯豪生物技術有限公司提供的在線分析軟件SAS進行統計學分析[3-5]，最后將篩選出來的差異基因進行基本信息注釋、Gene Ontology(GO)分析、找出基因相對應的通路，并對以上資料進行歸納、整理和分析。

2結果

A260/A280比值是一種檢測RNA純度的方法，正常范圍為1.8～2.1。本樣品A260/A280比值為1.87～2.18，說明總RNA的純度較高。本樣品均符合以上質檢標準。

通過SAS軟件，將20例肝癌癌組織和正常組織表達譜進行組間比較，以P-values<0.01和Fold Change>2或<0.5標準篩選出癌組織與正常組織差異基因4 175個，其中有1 850個上調基因，2 325個下調基因；以Fold Change>10或<0.1標準篩選出癌組織與正常組織顯著差異基因39個，其中有28個上調基因(表1)，11個下調基因(表2)。

對篩選出的癌組織與正常組織差異基因進行GO分類，其中數據庫(Gene Bank)中存在的已知基因3 471個。GO分類將3 471個已知基因按分子功能(molecular function，MF)進行分類，發現這些有差異表達的基因與分子轉運、結合、催化活性、結構分子活性、轉錄活性調節、酶活性調節、蛋白運輸等有關。

表1　顯著上調的差異表達基因

表2　顯著下調的差異表達基因

對表達顯著的29個差異基因的信號通路分析后發現，與上述分析的信號傳導通路有所不同，其主要傳導通路為Amyotrophic lateral sclerosis (ALS)、MAPK signaling pathway和Calcium signaling pathwaym，并分析了表達顯著的29個差異基因在通路中涉及到的作用主要為細胞發育、免疫系統、信號分子與互動、細胞復制和修復、炎癥反應等。

3討論

目前，肝癌的病因及發病機制尚不明確，而且尚未找到與肝癌相關的特異性分子，給預防和治療帶來了很大困難，發病率和死亡率居高不下。過去對PHC的發病機制研究往往針對1個或幾個基因，由于免疫組化、Southern、Northern等雜交技術無法滿足大規模、高通量的雜交要求，所以高通量基因表達譜芯片是目前篩選特定腫瘤發生、發展和轉移等病理過程所有基因表達最有效的方法。

本研究使用人類全基因組表達譜芯片對PHC癌組織、癌旁組織和正常組織進行檢測，通過對其基因表達差異分析，尋找相關差異表達基因。篩選出相關差異表達基因4 175個，其中有1 850個上調基因(顯著上調28個)，2 325個下調基因(顯著下調11個)。這些基因功能涉及到了細胞生命的各個方面，數千個上調和下調基因參與了PHC的癌變過程，其中功能未詳的基因也參與了這一過程，而差異表達顯著的基因很有可能是在調控PHC的臨床生物學方面起到了主導作用。

通過本研究結果分析發現，在PHC中存在大量差異表達基因，這些差異基因中有許多已經被證實和惡性腫瘤的發生、發展有關系，同時也發現許多新的異常表達基因，而這些異常表達的基因參與了多種分子生物學過程。它們之間相互影響，有著復雜的網絡關系，并在惡性腫瘤的不同時期發揮著不同的作用，使得細胞的增殖、分化、凋亡發生轉變。這也說明了肝癌的發生、發展是一個多因素的過程，雖然涉及到許多基因，但其中相當一部分可能是繼發性改變，所以只有進一步篩選出關鍵的基因或信號通路，才有可能為疾病的診斷、治療提供有效的指導，但是從基因到蛋白質要通過轉錄、翻譯、加工修飾才有活性，所以還需要將兩者相結合，才能更加準確地闡釋完整的病理過程[6]。

參考文獻

[1]Rampone B,Schiavone B,Martino A,et al.Current management strategy of hepatocellular carcinoma[J].World J Gastroenterol,2009,15(26):3210-3216.

[2]韓霜.血清AFP、CA125、CA199聯合檢測在原發性肝癌中的診斷價值[J].河南醫學研究,2015,24(1):100.

[3]Tusher V G,Tibshirani R,Chu G.Significance analysis of microarrays applied to the ionizing radiation response[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2001,98(9):5116-5121.

[4]Rodgers J L,Nicewanger W A.Thirteen ways to look at the correlation coefficient[J].The American Syayistician,1988,42(1):59-66.

[5]Stigler,Stephen M.Francis Galton’s Account of the Invention of Correlation[J].Stat Sci,1989,4(2):73-79.

[6]岳靜宇.不同證候食管癌差異表達基因研究[D].鄭州:河南中醫學院,2012.

Screening differential expression genes of primary hepatocellular carcinoma patients by gene chip technology

Dong Yahui1，Song Zhan2

(1.XinxiangMedicalUniversity,Xinxiang453000,China; 2.DepartmentofGeneralSurgery,NanyangCentralHospital,Nanyang473090,China)

【Abstract】ObjectiveTo study the related gene expression in hepatic carcinoma of different stages (cancerous tissue, paraneoplastic tissue, normal tissue) by cDNA expression profiling microarray technique, and to further seek differentially expressed genes of hepatocellular carcinoma tissue in different stages. MethodsThe whole RNA of 20 cases of cancerous tissue, paraneoplastic tissue, normal tissue of hepatic carcinoma was extracted. Agilent human genome 4×44K gene chip was applied to screen differentially expressed genes, and microarray analysis software (SAS software) was used to analyze chip image. Results4 175 kinds of differentially expressed genes of cancerous tissue and normal mucosa tissue were screened, among which, there were 1 850 kinds of up-regulated genes and 2 325 kinds of down-regulated genes. Then through GO classification, screened differentially expressed genes mainly were divided into the following function and process: catalytic activity, signal transduction, enzymatic activity regulation, transcription activity regulation, protein transportation function, cell growth and apoptosis, and so on. ConclusionGene chip technology can high-throughput screen differentially expressed genes of hepatocellular carcinoma in different stages, and provide experimental basis for further expounding the occurrence mechanism of hepatocellular carcinoma.

【Key words】hepatic carcinoma; gene expression profiling; gene chip

(收稿日期：2015-11-06)

【中圖分類號】R 735.7

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.03.003

通訊作者：宋展，E-mail：songzhanny@163.com。