基于GEO數(shù)據(jù)庫的胃癌耐藥基因表達(dá)譜分析及其對預(yù)后的影響

胡國興 余曉茹

據(jù)統(tǒng)計，胃癌是致死人數(shù)排名第三的惡性腫瘤[1]。由于胃癌早期癥狀不明顯，所以大部分患者在確診時已到晚期[2]。然而晚期胃癌多已發(fā)生轉(zhuǎn)移，且預(yù)后不良[3]，因此，深入研究并闡明胃癌的轉(zhuǎn)移以及耐藥機制對胃癌的防治具有十分重要的意義。

惡性腫瘤實現(xiàn)轉(zhuǎn)移并且發(fā)展耐藥性涉及環(huán)節(jié)眾多[4-5]。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化能使惡性腫瘤細(xì)胞失去上皮細(xì)胞的特性，使其易于發(fā)生浸潤和轉(zhuǎn)移，同時，產(chǎn)生對相關(guān)化療藥物的耐藥性[6-7]。眾多的研究證實，EMT是啟動惡性腫瘤細(xì)胞實現(xiàn)轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[8-9]。EMT是胃癌轉(zhuǎn)移過程中胃癌細(xì)胞所發(fā)生的重要表型變化[10]，當(dāng)胃癌細(xì)胞受到微環(huán)境中多種信號的刺激時，胃癌細(xì)胞由此獲得遷移和耐藥的能力[11]。

本研究通過對GEO數(shù)據(jù)庫中的胃癌患者組織表達(dá)譜數(shù)據(jù)的分析，旨在通過相關(guān)胃癌的耐藥基因的表達(dá)研究及相關(guān)樣本的預(yù)后情況，了解胃癌耐藥性基因表達(dá)的相關(guān)性，以及其異常表達(dá)對胃癌預(yù)后生存的影響，以期為臨床耐藥性胃癌患者的用藥和治療提供一個可靠的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

本研究所用到的材料均來自于NCBI的GEO數(shù)據(jù)庫，具體信息見表1。

1.2 分析方法

1.2.1 表達(dá)量分析 基于數(shù)據(jù)庫特定研究樣本數(shù)據(jù)集中特定目標(biāo)基因的表達(dá)量的相對值進(jìn)行表達(dá)量的分析，所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換和中位數(shù)中心化處理。根據(jù)表達(dá)量處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類和差異分析。文中熱圖由HemI軟件制作，比較差異分析圖由GraphPad Prism 5軟件制作。

1.2.2 生存分析 基于數(shù)據(jù)庫特定研究樣本數(shù)據(jù)集中特定目標(biāo)基因的表達(dá)量的相對值及對應(yīng)樣本的總生存(OS)和無復(fù)發(fā)生存(RFS)信息進(jìn)行生存分析，所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換和中位數(shù)中心化處理，并采用Kaplan-Meier分析方法進(jìn)行分析。

1.2.3 相關(guān)性分析 基于數(shù)據(jù)庫特定研究樣本數(shù)據(jù)集中特定目標(biāo)基因的表達(dá)量的相對值進(jìn)行相關(guān)性分析，所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換和中位數(shù)中心化處理。

2 結(jié)果

2.1 相關(guān)耐藥基因在胃癌患者中的表達(dá)分析

為了評估胃癌耐藥基因的表達(dá)變化，選取了4個已有報道過的胃癌相關(guān)的耐藥基因，分別為ATP結(jié)合盒亞家族B成員1蛋白(ATP binding cassette subfamily B member 1,ABCB1)、肺耐藥蛋白(lung resistance protein,LRP)、葡糖神經(jīng)酰胺合成酶(glucosylceramide synthase,GCS)和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶π(glutathione S transferase pi,GST-π)，據(jù)以往的相關(guān)研究表明，這些基因在胃癌的耐藥性調(diào)控方面都起著非常重要的作用。據(jù)此，對不同數(shù)據(jù)集中的胃癌組織樣本和正常胃組織樣本的這些基因的表達(dá)進(jìn)行了表達(dá)譜的聚類分析，結(jié)果表明，不同耐藥相關(guān)基因在胃癌組織和正常胃組織間的表達(dá)存在差異，如ABCB1和LRP基因在胃癌組織中存在明顯的高表達(dá)。這些表明，耐藥基因的表達(dá)在胃癌組織間存在差異，可能與胃癌的耐藥性的不同有關(guān)。

2.2 正常與胃癌組間耐藥基因的表達(dá)差異比較

與正常胃組織相比，ABCB1、LRP、GCS和GST-π基因在胃癌組織中存在明顯的高表達(dá)(ABCB1，P<0.0001；LRP，P<0.0001；GCS，P=0.0035；GST-π，P<0.0001)(圖1)。

圖1 正常組與胃癌組間耐藥相關(guān)基因的表達(dá)差異比較

2.3 耐藥基因表達(dá)間的相關(guān)性分析

在胃癌組織中ABCB1和LRP的表達(dá)呈正相關(guān)(P<0.0001，γ=0.6157)；而且GCS與GST-π的表達(dá)同樣呈正相關(guān)性(P<0.0001，γ=0.6666)(圖2)。然而，ABCB1與GCS的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)(P=0.032，γ=-0.02301)。說明在胃癌組織中，ABCB1與LRP以及GCS與GST-π可能存在協(xié)同高表達(dá)的情況，而ABCB1和GCS之間則可能是一種耐藥功能上的互補關(guān)系。綜上，即便是在同樣高表達(dá)胃癌組織中，各耐藥基因的高表達(dá)情況并不完全同步，且可能存在互補的現(xiàn)象。

圖2 胃癌組織中相關(guān)耐藥基因表達(dá)相關(guān)性分析

2.4 耐藥基因異常表達(dá)對胃癌患者生存及預(yù)后的影響

在胃癌患者中，ABCB1的高表達(dá)會導(dǎo)致肺癌患者的總生存率明顯降低(P=0.0037)，并且它的高表達(dá)也同樣會導(dǎo)致肺癌患者的無復(fù)發(fā)生存率明顯降低(P=0.0007)；與此類似，GCS的高表達(dá)也會導(dǎo)致肺癌患者的總生存率明顯降低(P=0.0223)，并且它的高表達(dá)也同樣會導(dǎo)致肺癌患者的無復(fù)發(fā)生存率明顯降低(P=0.0175)(圖3)。

3 討論

在我國，胃癌是發(fā)病率和死亡率排名第三的惡性腫瘤。雖然早期胃癌根治術(shù)后5年生存率可達(dá)90%以上，但胃癌早期癥狀不明顯，大部分患者就診時已到中晚期。胃癌的耐藥轉(zhuǎn)移是胃癌臨床治療失敗和危及患者生命的最主要原因，因此，深入探討胃癌耐藥相關(guān)基因在胃癌中的表達(dá)情況及其與胃癌患者預(yù)后生存的關(guān)系可以在一定程度上為解決胃癌防治提供一定的理論基礎(chǔ)。

我們的研究分析表明，ABCB1、LRP、GCS和GST-π基因在胃癌組織中存在不同程度的高表達(dá)現(xiàn)象。這一表達(dá)情況的分析證明了耐藥基因異常表達(dá)的情況存在于胃癌病例中，且有可能與胃癌的某些進(jìn)程相關(guān)。與此同時，對胃癌組織與正常胃組織間耐藥基因的表達(dá)差異的分析顯示，部分耐藥相關(guān)基因在此之間存在差異表達(dá)。針對于此，進(jìn)一步的研究結(jié)果顯示，在胃癌組織中ABCB1和LRP及GCS和GST-π的表達(dá)情況均呈正相關(guān)；而ABCB1和GCS的表達(dá)情況呈負(fù)相關(guān)。這就說明，在胃癌組織中，ABCB1和LRP以及GCS和GST-π可能存在協(xié)同高表達(dá)的情況，而ABCB1和GCS之間則可能是一種耐藥功能上的互補關(guān)系。所以即便是在同樣高表達(dá)胃癌組織中，各耐藥基因的高表達(dá)情況并不完全同步，且可能存在互補的現(xiàn)象。最終，我們對本研究分析篩選出的耐藥基因ABCB1和GCS進(jìn)行了生存分析，在胃癌患者中，ABCB1的高表達(dá)會導(dǎo)致肺癌患者的總生存率明顯降低，并且它的高表達(dá)也同樣會導(dǎo)致肺癌患者的無復(fù)發(fā)生存率明顯降低；同樣，GCS的高表達(dá)也會導(dǎo)致肺癌患者的總生存率明顯降低，并且它的高表達(dá)也同樣會導(dǎo)致肺癌患者的無復(fù)發(fā)生存率明顯降低。

圖3 ABCB1和GCS高表達(dá)對胃癌患者的生存分析

通過本研究對相關(guān)數(shù)據(jù)庫中胃癌樣本和正常胃組織樣本數(shù)據(jù)的分析和歸納，發(fā)現(xiàn)在胃癌中部分相關(guān)耐藥基因的存在差異表達(dá)的情況，尤其是高表達(dá)的耐藥基因之間還可能存在一種互補協(xié)同的關(guān)系，通過這樣的表達(dá)關(guān)系可以更大化地維持腫瘤的增殖和存活等功能，以進(jìn)一步增強腫瘤的耐藥性。這就與某些胃癌病例的不同耐藥性相關(guān)聯(lián)了，鑒于此，在今后的研究和臨床治療中，可以以這些差異表達(dá)的耐藥基因作為針對的依據(jù)及靶向治療的靶點。

[1] Cancer Genome Atlas Research N.Comprehensive molecular characterization of gastric adenocarcinoma〔J〕.Nature,2014,513(7517):202-209.

[2] Yeoh KG.How do we improve outcomes for gastric cancer?〔J〕.J Gastroenterol Hepatol，2007,22(7):970-972.

[3] Takaoka M,Naomoto Y,Ohkawa T,et al.Heparanase Expression Correlates with Invasion and Poor Prognosis in Gastric Cancers〔J〕.Lab Invest,2003,83(5):613-622.

[4] Liotta LA,Steeg PS,Stetler-Stevenson WG.Cancer metastasis and angiogenesis:an imbalance of positive and negative regulation 〔J〕.Cell,1991,64(2):327-336.

[5] Kang Y,Massague J.Epithelial-mesenchymal transitions:twist in development and metastasis〔J〕.Cell,2004,118(3):277-279.

[6] Davidson B,Holth A,Hellesylt E,et al.The clinical role of epithelial-mesenchymal transition and stem cell markers in advanced-stage ovarian serous carcinoma effusions〔J〕.Hum Pathol,2015,46(1):1-8.

[7] Tan TZ,Miow QH,Miki Y,et al.Epithelial-mesenchymal transition spectrum quantification and its efficacy in deciphering survival and drug responses of cancer patients〔J〕.EMBO Mol Med,2014,6(10):1279-1293.

[8] Singh A,Settleman J.EMT,cancer stem cells and drug resistance:an emerging axis of evil in the war on cancer 〔J〕.Oncogene,2010,29(34):4741-4751.

[9] Akalay I,Janji B,Hasmim M,et al.Epithelial-to-mesenchymal transition and autophagy induction in breast carcinoma promote escape from T-cell-mediated lysis〔J〕.Cancer Res,2013,73(8):2418-2427.

[10] Huang J,Xiao D,Li G,et al.EphA2 promotes epithelial-mesenchymal transition through the Wnt/β-catenin pathway in gastric cancer cells〔J〕.Oncogene,2014,33(21):2737-2747.

[11] Kannan A,Krishnan A,Ali M,et al.Caveolin-1 promotes gastric cancer progression by up-regulating epithelial to mesenchymal transition by crosstalk of signalling mechanisms under hypoxic condition〔J〕.Eur J Cancer,2014,50(1):204-215.