基于生物信息學分析TOP2A基因在肝細胞癌中的表達及意義

馬玉博，潘 博，張乃文，劉曉雪，任鳳云

(1.牡丹江醫學院，黑龍江 牡丹江 157011； 2.牡丹江醫學院附屬紅旗醫院 影像科，黑龍江 牡丹江 157011)

肝細胞癌是國內外患病率高、致死率高的惡性癌癥[1-2]。影像學檢查的進步極大地提高了肝細胞癌的診斷水平，但這些程序對于肝細胞癌患者來說過于昂貴[3]。約70%的肝細胞癌病人被臨床診斷時已處在患病中后期，故失去了醫治的最佳時期[4]。發現有價值的生物標志物對肝細胞癌的臨床診斷、預后是極為重要的。

TOP2A基因參與近乎所有DNA代謝的過程，涉及有絲分裂過程中的染色體分離、RNA轉錄[5-6]。這些年來，研究人員已確認了TOP2A在癌癥中的功能。研究表明，TOP2A在乳腺癌、胰腺癌、胃癌及食管癌等惡性癌癥中表達上調[7-10]，證實了其充當各種癌癥預后生物標志物的價值。

在癌癥的臨床診斷和預后中，TOP2A發揮著關鍵作用。目前，關于TOP2A與肝細胞癌的研究較少。通過研究TOP2A基因表達和預后，為TOP2A基因在肝細胞癌中的作用研究確定方向。

1 材料與方法

1.1 從Oncomine數據庫提取數據

在Oncomine數據庫中，依據研究要求，設置篩選條件：(1)GENE：TOP2A；(2)CANCER TYPE：LIVER CANCER；(3)ANALYSIS TYPE：CANCER VS NORMAL；(4)DATA TYPE：mRNA；(5)臨界值設定條件：FOLD CHANGE>2，P-VALUE<0.0001，GENE RANK=TOP 10%。

1.2 在GEPIA數據庫中進行患者預后分析

在GEPIA數據庫系統中，對肝細胞癌數據集進行生存分析。檢索條件：(1)GENE：TOP2A；(2)METHODS：OS OR DFS；(3)GROUP CUTOFF：MEDIAN；(4)HAZARDAS RATIO(HR)：NO；(5)95% CONFIDENCE INTERVAL：NO；(6)AXIS UNITS：MONTHS；(7)DATASETS SELECTION(CANCER NAME)：LIHC。

1.3 基于TCGA數據對TOP2A在肝細胞癌中的表達及預后進行驗證

借助TCGA數據集，分析腫瘤基因表達與生存分析的是UALCAN在線數據庫。在UALCAN數據庫中驗證TOP2A在肝細胞癌中的表達及預后。 篩選條件：(1)GENE：TOP2A；(2)TCGA DATASET：LIVER HEPATOCELLULAR CARCINOMA；(3)LINKS FOR ANALYSIS：EXPRESSION OR SURVAVIL。

1.4 統計學方法

憑借t檢驗分析肝細胞癌和正常組織中TOP2A表達的區別，對滿足要求的研究進行薈萃分析。通過單因素方差分析TOP2A mRNA 表達水平與肝細胞癌病人病理分期之間的聯系，并通過GEPIA數據庫的肝細胞癌數據集的在線生存分析，分析TOP2A表達與肝細胞癌預后的關系，其具有統計學意義(P<0.05)。

2 結果

2.1 TOP2A在所有腫瘤組織中的表達

Oncomine系統數據庫中，涉及462項不同類別的科學研究，132項研究分析數據顯示差異有統計學意義，7項科學研究分析數據是低表達的，其余的研究分析數據是TOP2A高表達的，見圖1。

圖1 Oncomine 數據庫中TOP2A在不同類型腫瘤研究中的表達Fig.1 Expression of TOP2A in different tumor researches in Oncomine database

2.2 TOP2A在肝細胞癌中的表達

TOP2A在Oncomine數據庫中8個不同的肝細胞癌基因芯片數據集中，對比腫瘤組織與正常組織表達的區別。薈萃分析顯示，TOP2A在全部差異表達基因中的中位數值排名為 839.0，P=3.97E-5，在肝細胞癌病人中TOP2A高表達，見圖 2。

圖2 Oncomine數據庫分析肝細胞癌中TOP2A的表達Fig.2 Expression of TOP2A in hepatocellular carcinoma in Oncomine database

2.3 8個研究芯片中TOP2A在肝細胞癌組織與正常組織間的表達差異

在Oncomine 數據庫中，不同肝癌研究芯片中的TOP2A表達情況如圖 3 所示，在這 8 項研究中，7項研究顯示，TOP2A在肝細胞癌病人中的表達差異有統計學意義，分別是研究芯片，Roessler Liver[11](t=10.641，P<0.05)、Wurmbach Liver[12](t=9.859，P<0.05)、Wurmbach Liver[12](t=1.925，P<0.05)、Roessler2 Liver[11](t=28.481，P<0.05)、Chen Liver[13](t=10.968，P<0.05)、Mas Liver[14](t=4.106，P<0.05)、Mas Liver[14](t=3.151，P<0.05)，其余一項研究差異無統計學意義(t=1.489，P>0.05)。

圖3 8個研究芯片中TOP2A在肝細胞癌組織與正常組織中的表達Fig.3 Expression of TOP2A in hepatocellular carcinoma and normal tissues in 8 research chips

2.4 TOP2A與多個基因的相關性分析

GEPIA數據庫腫瘤基因的相關性分析結果表明，TOP2AmRNA在肝細胞癌組織中的表達水平與EXO1、RBL1、TPX2和TROAP 基因 mRNA 表達水平有很大的相關性(P<0.05，R=0)，見圖4。

圖4 TOP2A mRNA表達水平在肝細胞癌患者中與其他基因mRNA表達水平的相關性Fig.4 Correlation of TOP2A mRNA expression level in hepatocellular carcinoma patients and other gene mRNA expression level

2.5 TOP2A mRNA 表達水平與肝細胞癌患者病理分期的關系

從GEPIA數據庫下載 TOP2A mRNA表達水平與肝細胞癌患者病理分期的相關數據，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期肝細胞癌患者中，TOP2A基因表達水平逐漸增高[Fvalue=8.15，Pr(>F)=2.96E-05]。這些結果顯示，TOP2A表達水平能夠作為分辨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期肝細胞癌病人的指標。結果表明，TOP2A mRNA在不同病理階段的肝細胞癌病人的表達中有統計學意義，見圖5。

圖5 TOP2A mRNA表達水平與肝細胞癌患者病理分期的關系Fig.5 Correlation of TOP2A mRNA expression level and pathological stage of hepatocellular carcinoma patients

2.6 TOP2A與肝細胞癌預后的關系

為了進一步明確TOP2A mRNA表達與肝細胞癌患者預后之間的關系，研究人員借助GEPIA系統數據庫開展生存分析。結果顯示，TOP2A表達和肝細胞癌的OS和DFS都有相當大的相關性。此外，OS和DFS長的肝細胞癌病人的TOP2A mRNA 表達下調，見圖6。

圖6 TOP2A基因表達與預后的關系Fig.6 Correlation of TOP2A gene expression and prognosis

2.7 基于TCGA 數據對TOP2A在肝細胞癌中的表達及預后進行驗證

UALCAN數據庫在線分析發現，與正常組織相比，TOP2A在肝細胞癌組織中高表達，見圖7。與表達較低的患者相比，高表達TOP2A的肝細胞癌患者總生存期縮短(P<0.05)，見圖8。

圖7 TOP2A在TCGA數據集肝細胞癌患者中的表達情況Fig.7 Expression of TOP2A in hepatocellular carcinoma patient of TCGA database

圖8 TCGA 數據集中TOP2A表達水平與肝細胞癌患者生存時間的相關性分析Fig.8 Correlation analysis of TOP2A expression level with the survival time of hepatocellular carcinoma patient in TCGA database

3 討論

肝細胞癌是全球各地癌癥有關致死的常見要素[15]，是癌癥相關死亡升高較快的常見因素[16]。免疫療法、肝切除和肝移植是肝細胞癌病人的主要治療手段。肝細胞癌常見的肝硬化和肝細胞癌兩者之間具有密不可分的聯系：肝硬化被認為是肝細胞癌的癌前病變，肝細胞癌是肝硬化病人最常見的死因[17]，故而，找到肝細胞癌發生發展的潛在靶點一直是國內的研究熱點。

拓撲異構酶是一個蛋白質家族，拓撲異構酶2A (TOP2A)是這個家族至關重要的成員。TOP2A是DNA復制和轉錄中的一種關鍵酶，調節和更改DNA的拓撲狀態[18]，它催化雙鏈DNA斷裂且有利于促進有絲分裂期間的基因轉錄[19-20]。TOP2A對維持有絲分裂染色體結構至關重要，有絲分裂染色體形成的基本核心要素是TOP2A、核小體及凝聚素[21]。大量實驗可知，TOP2A在腫瘤的發生、進展中扮演著重要角色。Guo等[22]認為TOP2A與UBE2C的共表達與肺腺癌較差的預后相關。Zeng等[23]研究表明，TOP2A基因敲除后，膀胱尿路上皮癌遷移和侵襲能力受到強烈抑制，TOP2A高表達與癌癥的無復發生存率有很大關系。Zeng等[24]發現，過表達TOP2A與肝細胞癌較差預后有關，這種基因很有可能成為肝細胞癌未知的預后標志和診治靶標。

在Oncomine數據庫中發現TOP2A基因在肝細胞癌中表達上調，在GEPIA數據庫中發現其表達與患者的預后有關聯。目前，針對TOP2A基因的作用機理報道較少，且作用機制依然不是很顯然，需要更深層次地探索，為肝細胞癌的臨床研究診治和藥物研發提供關鍵性的理論研究根據，這對肝細胞癌的預后十分重要。