肺腺癌組織GART基因高表達對患者預后的影響

趙 佳，黃琪峰，張 菁

(浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院藥學部，浙江 杭州 310016)

原發性支氣管肺癌簡稱為肺癌，起源于支氣管黏膜上皮及肺泡，主要分為非小細胞肺癌和小細胞肺癌。其中非小細胞肺癌包含肺腺癌、肺鱗癌及大細胞肺癌，約占肺癌的85%[1]。肺腺癌是非小細胞肺癌最常見的組織學亞型，患者5年生存率低于15%[2]。近年來，除不斷完善肺癌患者的治療外，尋求有效指導臨床診斷的腫瘤標志物也成為肺腺癌研究的熱點。嘌呤對能量代謝、細胞信號傳導和細胞繁殖至關重要；同時，也是輔酶、能量轉移分子、調節因子和參與RNA、DNA合成的前體蛋白[3]。磷酸核糖甘氨酰胺轉甲酰酶(GART)催化嘌呤從頭合成的第1次依賴葉酸的轉甲酰基反應[4]。癌細胞需要大量嘌呤來維持其加速生長[5]。因此，GART作為癌癥化療的一個研究熱點而受到廣泛關注。然而，GART基因在肺腺癌患者預后中的作用尚鮮見相關文獻報道。本研究利用生物信息學手段分析了肺腺癌組織GART基因變化及其臨床意義，現報道如下。

1 資料與方法

1.1數據來源 2020年1月收集癌癥芯片數據庫Oncomine(https://www.Oncomine.org/resource/main.html)、癌癥基因組學分析門戶網站cBioPortal(http://www.cbioportal.org/)、癌癥基因組學門戶網站UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu/index.html)、生物信息學數據庫DAVID 6.8(https://david.ncifcrf.gov/)中肺腺癌組織GART基因變化及其與患者預后關系的相關數據。

1.2方法

1.2.1cBioPortal cBioPortal是一個交互式探索多維癌癥基因組學數據集的開放網站[6]。登錄cBioPortal 網站首頁，數據集選擇“Lung adenocarcinoma(TCGA PanCancer Atlas)”，病例組選擇“Tumor Samples with mRNA data(RNA Seq V2，510)”，分別分析GART基因突變、拷貝數畸變、mRNA 水平變化及GART高表達與患者預后的關系。分析GART mRNA水平變化時選擇RNA測序結果，且選擇默認閾值(表達量大于或等于2)。

1.2.2Oncomine Oncomine是目前世界上最大的腫瘤基因芯片數據庫和整合數據提取平臺[7]。登陸Oncomine數據庫首頁，輸入基因名稱“GART”。分析其在Lung adenocarcinoma及肺正常組織的表達情況。

1.2.3UALCAN UALCAN是癌癥基因組學門戶網站[8]，登錄UALCAN 網站首頁，數據庫類型選擇“Lung adenocarcinoma”，輸入基因名稱“GART”，分析GART基因表達變化及其與患者預后(生存率)的關系。為考慮患者臨床特征對GART表達模式的影響，在UALCAN數據庫中根據患者性別、年齡、種族、吸煙狀況及疾病分級情況對健康者和肺腺癌患者GART轉錄水平進行亞組分析。

1.2.4DAVID DAVID是一個生物信息數據庫，整合了生物學數據和分析工具，為大規模基因或蛋白列表(成百上千個基因ID或蛋白ID列表)提供了系統綜合的生物功能注釋信息，幫助用戶從中提取生物學信息[9]。登錄DAVID v6.8首頁，導入基因列表，獲得GO及KEGG-pathway富集通路。為確定GART在肺腺癌中的生物相互作用網絡，選取UALCAN數據庫中與GART基因共表達基因的包括1個負相關基因和2 798個正相關基因。對這些基因進行GO分析。

2 結 果

2.1Oncomine 數據庫分析結果 GART在多種腫瘤中均有表達變化。本研究選取肺腺癌繼續進行研究。與正常組織比較，其中7個數據集的肺腺癌患者GART 基因表達明顯上調。見圖1。

A.GART基因在不同類型腫瘤中的表達情況，1.紅色代表異常高表達，藍色代表異常低表達；2.方格里的數字表示有多少個數據集的研究結果支持;B.GART基因在Landi數據集中的表達情況；C.GART基因在Selamat數據集中的表達情況；與正常組織比較，aP<0.05。

2.2cBioPortal 數據庫分析結果 501例肺腺癌患者中發生GART基因改變38例,包括錯義突變、截短突變、基因融合、拷貝數畸變和mRNA水平上調；GART基因高表達不利于患者預后，差異有統計學意義(P<0.05)；GART在腫瘤組織中表達明顯高于正常組織。見圖2。

A.肺腺癌組織GART基因表達變化；B.肺腺癌組織GART表達變化與患者預后(生存率)的關系；C.GART基因在基于樣本類型的肺腺癌中的表達情況。

2.3UALCAN數據庫分析結果 肺腺癌組織GART基因表達明顯升高，且在40歲以上、吸煙人群中GART的表達更為顯著。見圖3。

A.GART在健康者及肺腺癌患者各年齡段(>20～40、>40～60、>60～80、>80～100歲)的相對表達比較；B.GART在健康者及肺腺癌患者不同性別的相對表達比較；C.GART在健康者及肺腺癌患者吸煙狀況、戒煙各年齡段的相對表達比較；D.GART在任何種族個體及肺腺癌患者白人、非裔美國人、亞洲人的相對表達比較；E.GART在健康者及肺腺癌患者各階段(stage1、stage2、stage3、stage4)的相對表達比較；F.GART在健康者及肺腺癌患者各分期(N0、N1、N2、N3)的相對表達比較。與健康者比較，aP=0.001。

2.4DAVID富集分析結果 基因編碼主要定位于細胞核、核質和細胞質；分子功能為蛋白質結合、多聚RNA結合和ATP結合；主要參與細胞分裂、姐妹染色單體黏著和DNA復制等生物學過程；類似地，京都基因和基因組百科全書(KEGG)途徑分析顯示，細胞周期、RNA轉運、DNA復制等途徑的富集。見圖4。

A.氣泡圖展示了在肺腺癌中與GART顯著相關的基因的富集結果細胞成分;B.生物過程;C.分子功能;D.KEGG通路。

3 討 論

肺腺癌是我國乃至全世界范圍內發病率及致死率最高的惡性腫瘤。盡管近年來，肺腺癌的診治進展迅速，但目前很多肺腺癌患者均在較晚期時才被診斷或發現，且一經發現其預后極差，嚴重加重了患者的家庭負擔。研究判斷肺腺癌患者預后的生物標志物，探討其臨床價值對改善患者預后具有重要意義[10]。

從頭嘌呤合成的幾個步驟中的突變導致人類先天性代謝錯誤，其通常以精神發育遲滯、張力減退、感覺神經性聽力喪失、視神經萎縮和其他特點為特征[11]。GART基因編碼三功能蛋白，執行3個步驟的從頭嘌呤合成。GART基因位于人21號染色體上，在患有唐氏綜合征的個體中具有異常調節和過表達，且可能參與了唐氏綜合征的表型[11]。已有證據表明，在結直腸癌患者氟尿嘧啶聯合亞葉酸鈣化療方案中，亞葉酸鈣的生化調節可使氟尿嘧啶增效，而亞葉酸鈣作用機制與葉酸代謝分子——GART等有關[12]。GART發揮活性需要10-甲酰基四氫葉酸，近20年來一直是抗腫瘤藥物研發的靶標[13-14]。已有研究表明，抗癌藥物對GART的抑制對于幾種培養的腫瘤細胞系的侵襲性表型是有效的[15]。另外，有研究表明，GART高表達不利于肝癌患者的預后，且與肝癌細胞增殖有關[16]。然而，關于GART在人類肺腺癌進展中的作用及其機制知之甚少。

本研究使用基于生物信息學理論的在線工具對來自公共數據庫的腫瘤數據進行目標基因分析。與傳統芯片篩選比較，此方法具有樣本量大、成本低、簡單等優點。使大規模肺腺癌基因組學研究和隨后的功能研究成為可能。首先，回顧一些來自Oncomine數據庫的腫瘤組織中GART的表達情況發現，GART的表達在肺腺癌細胞中增加，提示其參與了肺腺癌的發生和發展過程。然后，cBioPortal數據庫結果顯示，GART的主要突變為mRNA高表達，且高表達不利于患者預后，提示GART高表達可能可以作為判斷非小細胞肺癌患者預后的新靶標。隨后，對肺腺癌患者進行臨床特征亞組分析發現，肺腺癌患者中40歲以上、吸煙人群GART的表達更為顯著。最后，進一步對GART相互作用網絡進行確認發現，GART改變的生物相互作用網絡主要涉及細胞周期和RNA轉運過程。但由于本研究所使用的數據來源于公共數據庫，無法保證所有數據的質量。其次本研究是完全基于數據分析開展的，因此，尚需分子生物學方法在動物或離體細胞上進一步驗證。