基于生物信息學方法分析SOX11與乳腺癌患者臨床參數、預后的關系及其調控通路

張晶，王崇杰，門康，于瓊，于靜，朱坤兵

1 山東大學附屬山東省立第三醫院病理科，濟南 250031；2 山東省婦幼保健院乳腺甲狀腺外科

2020 年乳腺癌成為全球最常見的癌癥之一，約占新發癌癥的11.8%，也是女性癌癥患者死亡的主要原因［1］。研究顯示，Y染色體性決定區域（SRY）相關高遷移率族蛋白框（SOX）家族參與了多種生理病理過程［2-3］。SOX11 是器官發育過程中細胞生存、分化的主要因子，在神經元存活和細胞突起的生長中起重要作用［4］。研究顯示，除了調節生長發育功能以外，SOX11 還參與了腫瘤的發生、發展［5］。SOX11在不同腫瘤中的表達狀態不同，所起的作用也不同，既可以表現致癌作用，也可以表現抑癌作用［6-7］。研究發現，SOX11 蛋白在乳腺癌組織中的表達顯著高于正常乳腺組織，其在三陰型乳腺癌及表皮生長因子受體2（Her-2）陽性型乳腺癌中的表達明顯高于Luminal 型［8］。2021 年3 月—12 月，本研究利用癌癥基因組圖譜（TCGA）數據庫，采用生物信息學方法觀察了SOX11 與乳腺癌患者臨床參數、預后的關系及其調控通路。現報告如下。

1 材料與方法

1.1 數據下載與整理 數據集來自TCGA 數據庫，利用UCSC Xena 瀏覽器下載SOX11 轉錄組和患者臨床相關數據，SOX11 轉錄組數據集名稱為TCGA.BRCA. sampleMap/HiSeqV2，樣本信息數據集名稱為TCGA. BRCA. sampleMap/BRCA_clinicalMatrix。使用RSEM 程序（v1.3.3）將轉錄組數據整理成基因表達矩陣文件，利用R 程序（v3.6.0）提取SOX11 在各組樣本中的表達數據。轉錄組數據包括1 184 例份樣本，均為組織樣本，其中正常乳腺組織樣本113例份、乳腺癌組織樣本1 071 例份；在乳腺癌組織樣本中，Luminal A 型407 例份、Luminal B 型191 例份、Her-2 過 表 達 型65 例 份、Basal-like 型137 例 份、Normal-like型24例份、無法分型247例份。

1.2 SOX11 表達及其與乳腺癌患者臨床參數和預后的關系分析 利用R 程序（v3.6.0）整理乳腺癌患者的臨床資料，選擇年齡、Stage分期、T分期、淋巴結轉移、M 分期、N 分期、生存時間、生存狀態等信息完整的患者897 例，收集整理其臨床資料。以SOX11在乳腺癌組織中的表達中位數（5.542 3）為界，將患者分為SOX11 高表達者459 例、低表達者438 例，比較其臨床參數。使用R 包survival（v2.42.3）進行生存分析，比較SOX11 高、低表達患者的總體生存期（OS）、無病生存期（DFI）、疾病特異生存期（DSS）、無進展生存期（PFI）。

1.3 SOX11蛋白質相互作用關系（PPI）網絡圖的構建 使用PPI 網絡數據庫合并TRRUST 數據庫，以及iREF 數據庫中提供的轉錄調控互作網絡，提取SOX11 參與的一級和二級網絡，使用Cytoscape 軟件繪制網絡圖，并將互作的類型映射到網絡的邊的屬性。將網絡連接度（Degree）映射到網絡基因名稱和節點的大小，節點越大即Degree 越大，提示其在網絡中的作用越重要，得到SOX11互作的核心基因。

1.4 SOX11 相關核心基因的富集分析 基于基因本體論（GO）數據庫和京都基因組百科全書（KEGG）數據庫，將上述PPI網絡的核心基因進行GO 功能和KEGG 通路富集分析。利用統計學算法（Fisher精確檢驗）找出與核心基因關聯最大的生物學過程，條目對應的P值越小則提示該條目與核心基因聯系越大，P＜0.05為差異有統計學意義。

1.5 統計學方法 采用R 包limma（v3.38.3）及SPSS17.0 統計軟件。計量資料采用Shapiro-Wilk 正態性檢驗方法，呈正態分布以-x±s表示，結果比較采用t檢驗；非正態分布以M（P25，P75）表示，結果比較采用秩和檢驗。計數資料以n（%）表示，結果比較采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 乳腺癌組織、正常乳腺組織SOX11 表達比較乳腺癌組織、正常乳腺組織SOX11 相對表達量分別為6.085 5±2.403 4、4.430 1±1.958 5，二者比較P＜0.01；在乳腺癌組織中，Her-2 過表達型SOX11 相對 表 達 量 為9.066 4 ± 2.419 2、Basal-like 型 為8.663 2 ± 2.335 1，高于Luminal A 型的5.152 7 ±1.410 3、Luminal B 型的5.448 7 ± 1.988 4、Normallike型的5.698 6±2.483 4（P均＜0.05）。

2.2 SOX11 高、低表達者的臨床參數比較 SOX11高表達者年齡≤58 歲及T1～T2分期的比例均高于SOX11 低表達者（P均＜0.05）。SOX11 高、低表達者的Stage 分期、淋巴結轉移、M 分期比例比較均無統計學差異（P均＞0.05）。見表1。

表1 SOX11高、低表達者的臨床參數比較［例（%）］

2.3 SOX11 高、低表達者的預后比較 SOX11 高、低表達者的OS、DFI 比較均無統計學差異（P均＞0.05），SOX11高表達者DSS、PFI明顯低于低表達者（P均＜0.05）。見OSID碼圖1。

2.4 PPI 網絡構建結果 共得到SOX11 互作的核心基因313 個，主要有配對盒基因6（PAX6）、鋅指蛋白ZIC2、轉錄激活因子3（ATF3）、巰基氧化酶1（QSOX1）、長鏈非編碼RNA-POU3F3等。見OSID碼圖2。

2.5 富集分析結果 GO 功能分析結果顯示，PPI網絡中的互作基因主要參與細胞周期、細胞分裂相關的生物過程和功能。KEGG 通路富集分析結果顯示，PPI 網絡中的互作基因主要富集到p53、Her-2、FOXO等信號通路。見表2。

表2 SOX11相關核心基因的GO功能和KEGG通路富集分析結果

3 討論

近年來，雖然出現了一些新的乳腺癌治療靶點，如PD-L1 抗體、PARP 抑制劑等，但由于腫瘤的異質性、耐藥性等，仍有部分患者治療效果不理想，這需要探索更多、更靈敏的新型腫瘤標志物。本研究基于生物信息學方法下載、分析了TCGA 數據庫中乳腺癌組織中SOX11 相關的基因轉錄組數據和表型數據，結果顯示乳腺癌組織中SOX11 蛋白表達明顯高于正常乳腺組織，且在Her-2 過表達型和Basallike 型中的表達顯著高于其他類型，與以往研究結果一致［8］。本研究結果還顯示，SOX11 高表達者年齡≤58 歲及T1～T2分期的比例均高于SOX11 低表達者，提示SOX11 參與了乳腺癌的發生與發展。生存分析結果顯示，SOX11對乳腺癌患者的OS、DFI影響不大，但這兩種指標均未考慮死亡原因，也就是說患者的死亡可能與癌癥本身無關，但SOX11 高表達者DSS、PFI 明顯低于低表達者，說明SOX11 高表達提示乳腺癌患者預后較差。

本研究對PPI 網絡中的SOX11 互作核心基因進行富集分析，結果顯示主要富集到一些與細胞周期、細胞分裂相關的通路。此外，本研究還發現PPI 網絡中的SOX11 互作核心基因在p53、Her-2、FOXO 等信號通路上有較高的富集。p53 是重要的腫瘤抑制因子，被稱為基因組衛士，參與調節細胞生長、增殖和凋亡，可促進染色體穩定性，其調控功能一般是通過蛋白質之間的相互作用完成的［9-10］。研究顯示，SOX11能在體外與p53相互作用，并促進p53的轉錄活性［11］。據此推測，SOX11 可能通過調控p53 的活性，從而影響乳腺癌的發生、發展。Her-2 是一種原癌基因，在多種惡性腫瘤中過表達，在乳腺癌組織中的表達率為20%～30%［12］。Her-2 過表達可促進腫瘤細胞增殖，且與患者預后不良相關［13］。研究顯示，高表達Her-2 的乳腺癌細胞對靶向藥物曲妥珠單抗存在耐藥［14］。本研究結果顯示，Her-2過表達型乳腺癌組織中的SOX11 表達較高，由于此型乳腺癌的雌激素受體（ER）和孕激素受體（PR）均陰性，而Her-2呈過表達狀態，提示SOX11 與Her-2 之間可能存在直接或間接的調控關系。FOX 蛋白是轉錄因子家族，其中FOXO 亞族主要參與糖代謝調節及癌癥的發生、發展［15］。研究顯示，FOXO1 可以通過糖異生、糖酵解途徑調節糖代謝，在乳腺癌的發生過程中，PI3K/AKT 通路異常活化，降低FOXO1 表達可促進乳腺癌細胞增殖、遷移及侵襲［16］。根據Warburg 效應，能量供應充足時，正常細胞以氧化磷酸化供能，而癌細胞以有氧糖酵解為主要供能方式，p53 基因失活、Her-2 基因活性增加、PI3K/AKT 通路調控FOXO1 表達等均可促進腫瘤細胞的糖酵解。因此，SOX11 可能通過這3 種途徑調控腫瘤細胞的能量供應，從而調控乳腺癌的發生、發展，但是其確切的作用機制及功能有待更深入的研究。

綜上所述，SOX11 在乳腺癌組織尤其是Her-2過表達型和Basal-like 型乳腺癌組織中表達升高，提示SOX11 可能促進了乳腺癌的發生發展，可能是Her-2 過表達型和Basal-like 型乳腺癌的關鍵調控因子，并提示患者預后不良；SOX11可能通過p53、Her-2、FOXO 等信號通路調控腫瘤細胞的能量供應，從而參與乳腺癌的發生發展。