基于數據挖掘分析SEMA4C在胃癌中的表達及相關預后分析

馮品 周搏 趙向陽

摘要：目的探討信號素4C在胃癌中的表達及其預后分析。方法利用Oncomine數據庫獲取SEMA4C在胃癌和正常胃粘膜中的表達情況。使用Kaplan-Meier繪圖儀在線分析SEMA4C不同表達水平胃癌患者的生存周期。通過String構建SEMA4C相關分子網絡。采用GO和KEGG對SEMA4C相關蛋白進行富集分析，探討SEMA4C在胃癌中參與的生物學功能。結果相比正常胃粘膜，胃癌組織中SEMA4C呈現高表達。相比低表達組，SEMA4C高表達組患者的生存時間明顯減少。SEMA4C及其相關蛋白被富集于多種腫瘤生物學功能和信號通路中。結論通過數據庫信息挖掘和生物信息學分析表明，SEMA4C在胃癌組織中高表達，且與預后密切相關，SEMA4C可能參與胃癌發生發展的病理生理過程。

關鍵詞：胃癌；信號素4C；數據分析；預后

胃癌（Gastric cancer）是全球癌癥相關死亡的第三大原因[1]，其預后較差，臨床癥狀嚴重，給患者的健康和生活帶來沉重負擔。胃癌早期癥狀不典型，晚期階段進展迅速，且放化療敏感性低，死亡率高。因此，尋找胃癌早期的生物學標志物，對其診斷和預后判斷有重要意義。

信號素家族（Semaphorins，SEMAS）是一大類分泌型或膜結合型分子，最初涉及到神經系統的發育和軸突導向。近年來研究發現，SEMA家族在腫瘤細胞增殖、凋亡、免疫逃逸反應和腫瘤微環境的調控中發揮關鍵作用[2]。SEMA4C屬于膜結合型蛋白，研究發現SEMA4C在乳腺癌、前列腺癌等多種癌癥中高表達，與惡性腫瘤的轉移和預后密切相關[3]。但目前SEMA4C在胃癌的發生發展中的作用尚不清楚。本研究通過Oncomine數據庫獲取SEMA4C在胃癌中的表達數據，整合分析SEMA4C在胃癌中的表達及其意義，初步探索SEMA4C在胃癌進展中可能發揮的生物學功能。

1.數據與方法

1.1 提取Oncomine數據庫數據 Oncomine是目前全球最大的腫瘤相關基因研究數據庫。本研究篩選條件設定為：①Gene：SEMA4C；②Cancer type：Gastric cancer；③Analysis type：Gastric cancer vs. Normal analysis；④Sample type：Clinical specimen；⑤Data type：mRNA；⑥臨界值設定條件（P<1E-4，fold change>2，gene rank=top10%）

1.2 Kaplan-Meier Plotter在線生存分析 通過Kaplan-Meier Plotter數據庫對胃癌患者數據進行生存分析。篩選條件：①Cancer：Gastric cancer；②Gene：SEMA4C；③Survival：OS。

1.3 String數據庫探討蛋白間相互作用 利用蛋白交互作用網絡（String）數據庫評價蛋白間的相互作用關系，初步探索與SEMA4C相關的蛋白分子。

1.4 SEMA4C與相關蛋白的生物學功能分析 通過DAVID數據庫進行GO及KEGG富集分析。

2統計學分析

胃癌和正常胃粘膜組織中SEMA4C的比較采用t檢驗，SEMA4C的表達水平與患者預后的相關性分析采用Kaplan-Meier Plotter生存分析，組間率的比較采用Log-Rank檢驗。P<0.05認為差異有統計學意義。

3.結果

3.1 SEMA4C在多種腫瘤中的表達情況 在Oncomine數據庫共收集383項不同類型的芯片研究數據，其中SEMA4C表達差異有統計學意義的有14項，SEMA4C表達升高13項，表達降低1項（圖1）。

3.2 SEMA4C在胃癌中的表達 Oncomine數據庫檢索發現，自2003年起共有11項與SEMA4C在胃癌和正常胃粘膜表達有關的基因芯片研究（圖2），總樣本量298例。Mate分析結果表明，與正常胃粘膜相比，SEMA4C在胃癌組織中表達升高，差異有統計學意義（中位秩=1947.0，P=6.02E-5，圖2）。

3.3 SEMA4C在不同胃癌芯片研究中的表達差異 如圖3A、3B所示，SEMA4C在胃混合腺癌和胃腸型腺癌中的表達較正常胃粘膜，分別升高了3.246倍（t=6.783，P=6.39E-7）和2.092倍（t=6.498，P=5.61E-8）。如圖3C所示，與正常胃粘膜比較，SEMA4C在胃癌中的表達上升1.488倍（t=3.752，P=8.17E-4）。如圖3D所示，SEMA4C在彌漫性胃腺癌中的表達較正常胃粘膜升高了1.507倍（t=3.075，P=0.003）。

3.4 SEMA4C的表達水平與胃癌患者預后的關系 生存分析結果表明，SEMA4C的高表達對胃癌患者總體生存率有著顯著影響。與正常低表達組比較，SEMA4C高表達組的總體存活率明顯降低（P=3.9E-13，圖4）。

3.5 SEMA4C蛋白互作網絡 String數據庫篩選結果顯示：PPI富集P=4.44E-16，節點數11個，SEMA4C與10種蛋白存在密切的相互作用關系（圖5）。

3.6 生物學功能分析 GO富集分析顯示，SEMA4C相關蛋白主要被富集到軸突導向、SEMA-PLXN信號通路、Ephrin受體信號通路、細胞粘附等生物學過程中，且主要定位于細胞膜具有與Ephrin受體結合、VEGF激活受體活性和細胞因子結合等分子功能。KEGG通路分析表明，SEMA4C相關蛋白主要在軸突導向、Rap1信號通路以及Ras信號通路中被富集（表1）。

討論

多項研究表明，SEMA4C與腫瘤的發生發展密切相關[4，5]。在一項乳腺癌研究中，SEMA4C通過介導腫瘤免疫逃逸，促進乳腺癌的發生發展[4]。Zhang等[5]研究發現，miR-19a-3p可直接靶向抑制SEMA4C，減少胃癌細胞的增殖和侵襲。我們的研究數據表明，SEMA4C在胃癌組織中高表達，預后差，提示SEMA4C表達升高可能與胃癌的發生發展密切相關。我們String分析發現，SEMA4C可能通過結合其受體神經激肽（NRPS）和神經從素（PLXNS），與酪氨酸蛋白激酶（EFN）相互作用，共同參與胃癌進展的相關信號通路。

Ras是常見的原癌基因，Rap1是Ras超家族中一個小GTP-結合蛋白質。Rap1和Ras在多種腫瘤組織中均表達上調，起到促進腫瘤增殖、刺激血管生成及調節細胞遷移和粘附的作用[6，7]。本研究發現，SEMA4C相關蛋白EFNA2/3/4被富集到Ras和Rap1信號通路中，我們推測 SEMA4C可能通過EFNA2/3/4參與胃癌的病理生理過程。

綜上所述，本研究基于Oncomine數據庫挖掘發現，SEMA4C在胃癌組織中高表達，與患者預后相關，并進一步分析SEMA4C參與調控的分子網絡，為胃癌發病機制的研究提供理論基礎，可能成為胃癌治療新的潛在靶點。

參考文獻：

[1]牛悅，白建平，盧建躍. HER-2陽性胃癌的研究進展[J]. 醫學信息，2019，32（01）：44-46.

[2]Neufeld G，Mumblat Y，Smolkin T，et al. The role of the semaphorins in cancer[J]. Cell Adh Migr，2016，10（6）：652-674.

[3]陳穎，張磊，劉文欣，等. Semaphorin4C在乳腺癌子宮內膜癌及前列腺癌中的表達及意義[J]. 中國腫瘤臨床，2010，37（09）：507-511.

[4]張智勇，常虎林，鄭偉，等. hsa-miR-19a-3p下調靶基因SEMA4C抑制胃癌細胞增殖、侵襲能力[J]. 現代腫瘤醫學，2017，25（16）：2609-2615.

[5]徐艷朋，俞松. Ras信號傳導通路與腫瘤的關系[J]. 遵義醫學院學報，2013，36（03）：272-276.

[6]趙丹，王進，寧寒冰，等. 胞質Rap1與胞核NF-κB p65在胃癌組織中的表達及相關性[J]. 中國老年學雜志，2016，36（02）：350-352.