泛癌癥分析跨膜蛋白81的表達及預后意義①

趙小芳，莊 瑩，樊偉平，張金波，張淑紅，張 虎

(1. 江蘇醫藥職業學院基礎醫學部，江蘇 鹽城 224005；2.佳木斯大學基礎醫學院，黑龍江 佳木斯 154007)

腫瘤是一類可發源于人體的各個組織和器官，共有超過100種類型，嚴重危害人類健康的疾病。根據全球范圍的估計，2012年全世界約有1410萬新癌癥病例，共造成約820萬人死亡，而到2018年，中國約有430萬新癌癥病例和290萬新癌癥死亡[1～4]。泛癌癥研究計劃由癌癥基因圖譜組織(The Cancer Genome Atlas, TCGA)于2012年發起，該研究依靠多組學高通量數據庫信息挖掘，發現各腫瘤間的異同，為后續腫瘤的診斷、預后等治療方案提供指導意義[5,6]。前期研究中發現，在乳腺癌中跨膜蛋白81(Transmembrane Protein 81，TMEM81)高表達，且不利于預后[7]。但是其表達變化在其他腫瘤研究中鮮有報道。本文通過泛癌癥分析TMEM81在各腫瘤中的表達變化、預后意義和可能的作用機制。

1 材料和方法

1.1 數據來源

1.1.1 癌癥基因圖譜組織門戶網站UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu)[8]可訪問來自 TCGA 數據庫31種癌癥類型的3級RNA測序和臨床數據，可以查詢靶基因腫瘤和正常組織間、各腫瘤亞組間的差異表達，并評估其對患者預后生存率的影響。

1.1.2 靶分子TMEM81共表達基因來自于癌癥多組學分析數據平臺LinkedOmics(http://linkedomics.zhang-lab.org/admin.php)[9]，該平臺包含所有32種TCGA癌癥類型，可進行基因組學、表達譜和甲基化等多種組學數據的分析。

1.1.3 DAVID Bioinformatics Resources 6.8(https://david.ncifcrf.gov/)[10]軟件分析上述共表達交集基因進行基因本體(GO)和KEGG分析。

1.2 分析方法

1.2.1 打開UALCAN，點擊“Analysis”，選擇“Scan my genes”，輸入“TMEM81”，分析并下載結果。

1.2.2 登錄LinkedOmics網站首頁，癌癥類型分別選擇“TCGA_BRCA”、“TCGA_LIHC”、“TCGA_LUAD”、“TCGA_HNSC”檢索數據集選擇“HiSeq RNA”，輸入基因“TMEM81”，數據集選擇“HiSeq RNA”，統計方法選擇“Spearman Correlation test”，下載結果，取交集后，利用DAVID 6.8進行GO和KEGG分析，并下載結果作圖。

2 結果

2.1 分析TMEM81的表達差異

肝臟肝細胞癌、肺腺癌、食道癌、頭頸部鱗狀細胞癌、肺鱗狀細胞癌、直腸癌和膽管癌中TMEM81基因表達較各自正常組織顯著上調(P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01)(圖1A-G)。

圖1 TMEM81在肝臟肝細胞癌、肺腺癌、食道癌、頭頸部鱗狀細胞癌、肺鱗狀細胞癌、直腸癌和膽管癌及其癌旁組織中的差異表達

2．2 分析TMEM81的表達與預后關系

TMEM81高表達不利于乳腺癌、肝臟肝細胞癌、肺腺癌、腎透明細胞癌、葡萄膜黑色素瘤、腎上腺皮質癌和急性髓樣白血病的預后(P<0.001、P=0.009、P<0.001、P=0.012、P<0.001、P=0.008)(圖1A-F)。

圖2 TMEM81高表達分別與肝臟肝細胞癌、肺腺癌、腎透明細胞癌、葡萄膜黑色素瘤、腎上腺皮質癌和急性髓樣白血病的預后關系

2.3 分析靶分子TMEM81共表達基因及基因功能富集分析

通過泛癌癥分析TMEM81高表達不利于預后的乳腺癌( BRCA)、肺腺癌( LUAD)、肝臟肝細胞癌(LIHC)和TMEM81高表達的頭頸部鱗狀細胞癌(HNSC)中與TMEM81共表達基因，取交集，得到194個共表達基因。DAVID 6.8 進行生物信息學分析，結果顯示TMEM81共表達的基因主要定位在細胞核、核質、高爾基復合體膜等(圖3A)；生物學過程分析結果顯示其蛋白主要參與RNA聚合酶II啟動子的轉錄負調節、蛋白質磷酸化、血液凝固，胚胎發育后期等(圖3B)，分子功能分析顯示這些蛋白主要與多聚腺苷酸(poly A)RNA、核酸、RNA、核苷酸結合，具有蛋白激酶活性、與雌激素受體結合等功能(圖3C)；KEGG信號通路分析結果顯示TMEM81共表達基因參與的信號通路主要為介導癌癥中的轉錄失調(圖3D)。

圖3 TMEM81共表達蛋白GO和KEGG信號通路分析

3 討論

目前，腫瘤仍是全球范圍內重要的公共健康安全問題[11]，泛癌癥分析依托各高通量多組學數據庫，通過信號通路分析、蛋白相互作用網絡分析及聚類分析等一系列生物信息分析手段，研究各腫瘤之間的相似性與差異性，進而揭示各腫瘤在發生發展過程中分子表達譜、臨床預后、復發等方面異同[12～14]。腫瘤相似性的研究就是發現不同類型腫瘤間的共同特點，研究發現，相比較而言，不同來源的腫瘤間其分子水平的相似度可能比同種腫瘤之間的分子水平相似度更高[15]。腫瘤間分子水平相似性對腫瘤的發生發展機制認識的加深和優化腫瘤臨床治療方案與藥物篩選有積極意義。因此，通過泛癌癥分析發現腫瘤間的差異性和相似性對腫瘤的診斷、治療和預后具有指導意義[6 ]。

本文通過泛癌癥分析，首次發現在肝臟肝細胞癌、肺腺癌、食道癌、頭頸部鱗狀細胞癌、肺鱗狀細胞癌、直腸癌和膽管癌患者TMEM81均呈高表達，提示TMEM81參與多種腫瘤的發生和發展過程。TMEM81是跨膜蛋白(Transmembrane Protein, TMEM)家族的一員，TMEM家族成員在細胞與細胞內的信號傳導、免疫相關疾病以及腫瘤發生、發展等過程中發揮重要作用[16 ]。對TMEM81進行生物信息學分析發現，該基因位于1號染色體上，編碼含有251個氨基酸的蛋白質，主要定位于細胞膜，在全血、白細胞和淋巴結中高表達，成熟狀態的蛋白質分子量為28.5 KD，含有免疫球蛋白的結構域，由此推測其在人免疫相關疾病以及腫瘤的發生發展中也起到重要作用。因此，TMEM81可能通過增加其表達，參與腫瘤免疫過程進而影響癌癥的發生和進展。

本文還發現TMEM81高表達均不利于肝臟肝細胞癌、肺腺癌、腎透明細胞癌、葡萄膜黑色素瘤、腎上腺皮質癌和急性髓樣白血病的預后。鑒于TMEM81高表達均不利于上述六種癌癥的預后，推測TMEM81發揮相似功能，很可能對在腫瘤進程中十分必要，具有進一步研究的價值。

最后，本文通過癌癥多組學和臨床數據庫LinkedOmics獲得在乳腺癌、肺腺癌、肝臟肝細胞癌和頭頸部鱗狀細胞癌中與TMEM81共表達的基因，并進行了GO和KEGG生物信息學分析，結果顯示TMEM81共表達基因主要定位于細胞核、細胞質和高爾基復合體膜上，通過RNA、核酸結合以及發揮蛋白激酶活性，介導轉錄調控和蛋白磷酸化修飾等生物學過程。而TMEM81基因本身表達蛋白定位于細胞膜，其共表達基因多定位于細胞核，存在兩種解釋:①EM81作為膜蛋白，介導細胞外信號傳至細胞內，調節下游靶基因的轉錄；②共表達基因為TMEM81表達的上游基因，調節TMEM81基因的轉錄和蛋白的修飾和轉運，從而發揮TMEM81的功能。

盡管不同癌癥發病率，取樣難度以及研究深入情況不一致，但是通過泛癌癥分析，可以將研究比較深入的機制和有效藥物，通過相同靶點用于不同癌癥，認識發病率較低的癌癥發生和轉移機制；靶分子是一個膜蛋白，并且不利于患者預后，在治療角度考慮，可以設計特異性抗體，嘗試阻斷靶分子的功能，達到治療和預防遷移和復發的可能；現在腫瘤治療藥物的開發已經跨越腫瘤組織類型的界限，針對泛癌癥分析的靶分子，特定藥物就可以治療多種不同組織來源的癌癥。

總之，我們希望泛癌癥研究能發現腫瘤間共同的診斷和預后標志物，在協助腫瘤篩查、診斷、監測腫瘤復發和轉移、評估腫瘤預后和評價療效等方面發揮重要的作用[17,18 ]。本文發現TMEM81在6種癌癥中均有高表達和不利于臨床預后，說明其可能作為潛在的腫瘤預后標志物。后續工作將繼續通過臨床數據進行驗證，研究在癌癥中TMEM81的具體共同作用機制，為干預腫瘤發生和發展提供潛在靶點和研究新思路。