基于Oncomine等數據庫分析CDCA基因家族在胃癌中的表達①

陳曉萍 吳美珠 劉麗雅 沈阿靈 陳友琴③ 彭 軍

（福建中醫藥大學中西醫結合研究院，福州 350122）

胃癌是常見的惡性腫瘤之一，據2018年全球癌癥數據分析顯示：胃癌在全球發病率居常見腫瘤的第5 位，病死率居第3 位，嚴重威脅人們的生命和健康［1-3］。雖然目前手術配合放療、化療的治療方法得到有效改善，然而這些治療策略在進展期胃癌患者中的治療效果并不理想。分子靶向治療因其可通過調節腫瘤中異常表達的分子來影響腫瘤細胞的生物學行為，從而達到治療效果而備受關注。因此，通過尋找新的藥物靶點進行治療以延長進展期胃癌患者生存期是目前該領域研究的熱點與難點［4］。

Oncomine 數據庫是目前世界上最大的癌基因芯片數據庫和整合數據挖掘平臺［5］。利用該數據庫可挖掘靶基因在大多數主要腫瘤類型及其相應正常組織的表達差異分析數據，同時也可獲得靶基因表達與腫瘤重要臨床特征的關系，并發現新的潛在生物分子標志和治療靶點［6］。

細胞分裂周期相關（cell division cycle-associated，CDCA）基因家族由8 個成員組成（CDCA1~8），是細胞增殖的重要調控因子。其不僅是正常細胞所必需的，而且對腫瘤細胞增殖具有重要調控作用。其中，CDCA1 也被稱為NUF2，其編碼的蛋白質在核分裂和微管穩定方面至關重要［7］。CDCA2 可與蛋白磷酸酶1γ（PP1γ）結合，調節細胞周期中的DNA損傷反 應［8］。 CDCA3 是 SKP1-Cullin-RING-F-box（SCF）泛素連接酶（E3）復合物的一部分，在調節細胞周期中尤為重要［9］。CDCA4也稱為HEPP/SEI-3/TRIP-Br3，2001 年由 ABDULLAH 等［10］發現其為參與造血干細胞和祖細胞生長分化內在調節的新基因；同時，其還具有調節腫瘤細胞G1/S 周期轉換的功能［11］。CDCA5 在細胞分裂過程中對于姐妹染色單體凝聚和分離方面發揮關鍵調節作用［12］。CDCA6 又稱CBX2，該基因編碼的多梳蛋白復合物需要通過染色質重塑和組蛋白修飾在整個發育過程中維持許多基因的轉錄抑制狀態［13］。CDCA7即JPO1，參與c-Myc介導的細胞轉化［14］。CDCA8也稱為Borealin/DasraB，是脊椎動物染色體乘客復合體的一個組成部分，該復合體是有絲分裂和細胞分裂的重要調節因子，并受細胞周期調節［15-16］。現有的研究已經表明，由細胞分裂周期相關蛋白異常表達引起的細胞周期失調在許多腫瘤的發生發展中扮演重要角色［17-18］。然而，在胃癌的發生發展中鮮有報道。因此，研究細胞周期調控相關基因對于揭示胃癌的發生發展具有重要意義。

本研究利用Oncomine 數據庫及其他公共數據庫，分析CDCA 基因家族在胃癌中的表達及其與預后的關系，以期初步明確CDCA 基因家族在胃癌發生發展中的作用，為進一步研究其對胃癌的作用機制提供新的理論依據。

1 材料與方法

1.1 基于Oncomine 數據庫篩選目標基因并提取數據信息 通過注冊Oncomine（https：//www.oncomine.org）數據庫，獲得使用數據庫的權限，然后根據研究需求在數據庫中設定篩選和提取數據的條件。本研究中篩選條件為：①“Cancer type：Gastric cancer”；②“Gene：CDCA1”或“Gene：CDCA2”或“Gene：CDCA3”或“Gene：CDCA4”或“Gene：CDCA5”或“Gene：CDCA6”或“Gene：CDCA7”或“Gene：CDCA8”；③“Analysis Type：Cancer VS Normal Analysis”；④“Data Type mRNA”；⑤臨界值設定條件（Pvalue＜0.01，fold change＞2，gene rank=top 10%）。P＜0.05 為差異有統計學意義。

1.2 基于GEPIA數據庫提取數據信息 利用GEPIA（http：//gepia.cancer-pku.cn/）數據庫分析TCGA（The Cancer Genome Atlas）（https：//www. cancer. gov/aboutnci/organization/ccg/research/structural-genomics/tcga）數據庫中CDCA 基因家族在肺癌中的mRNA 差異表達。在“Expression DIY”中選擇“Boxplot”選項，在設置的數據提取條件為：①“Gene：CDCA1”或“Gene：CDCA2”或“Gene：CDCA3”或“Gene：CDCA4”或“Gene：CDCA5”或“Gene：CDCA6”或“Gene：CDCA7”或“Gene：CDCA8”；②“|Log2FC|Cutoff：1”；③“p-value Cutoff：0.05”；④“Datasets Selection：STAD”；⑤“Matched Normal data：Match TCGA normal and GTEx data”。

2 結果

2.1 CDCA 基因家族在不同類型腫瘤中的表達結果 Oncomine 數據庫中共納入了2 664 項關于CDCA 基因家族在不同類型腫瘤中的表達，其具體結果如圖1所示：Oncomine數據庫中共收集了301項不同類型的關于CDCA1 的研究結果，CDCA1 表達差異有統計學意義的研究結果共有62 項，其中CDCA1表達增高的研究有56項，表達降低的研究有6 項；Oncomine 數據庫中共收集了282 項不同類型的關于CDCA2 的研究結果，CDCA2 表達差異有統計學意義的研究結果共有37 項，其中CDCA2 表達增高的研究有33 項、表達降低的研究有4 項；Oncomine 數據庫中共收集了367 項不同類型的關于CDCA3的研究結果，CDCA3表達差異有統計學意義的研究結果共有70 項，其中CDCA3 表達增高的研究有65 項、表達降低的研究有5 項；Oncomine 數據庫中共收集了361 項不同類型的關于CDCA4 的研究結果，CDCA4 表達差異有統計學意義的研究結果共有39項，其中CDCA4表達增高的研究有35項、表達降低的研究有4 項；Oncomine 數據庫中共收集了305 項不同類型的關于CDCA5 的研究結果，CDCA5表達差異有統計學意義的研究結果共有73項，其中CDCA3表達增高的研究有68項、表達降低的研究有5 項；Oncomine 數據庫中共收集了367 項不同類型的關于CDCA6 的研究結果，CDCA6 表達差異有統計學意義的研究結果共有28 項，其中CDCA6 中表達增高的研究有27 項、表達降低的研究有1 項；Oncomine數據庫中共收集了295項不同類型的關于CDCA7的研究結果，CDCA7表達差異有統計學意義的研究結果共有61 項，其中CDCA7 表達增高的研究有57 項、表達降低的研究有4 項；Oncomine 數據庫中共收集了386 項不同類型的關于CDCA8 的研究結果，CDCA8 表達差異有統計學意義的研究共有57 項，其中CDCA8 表達增高的研究有51 項、表達降低的研究有6項。

圖1 CDCA 基因家族在Oncomine 數據庫中不同類型腫瘤研究中的表達Fig.1 Expressions of CDCA gene family in different types of tumors studies in Oncomine database

2.2 CDCA 基因家族在胃癌中的表達 CDCA 基因家族各基因在胃癌中的表達結果如表1所示：CDCA1高表達研究有6項，低表達研究有0項。在這6項不同的胃癌研究中，CDCA1 在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）。薈萃這6項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA1 的表達顯著增加（P=3.36E-4），見圖2A；CDCA2 高表達研究有3 項，低表達研究有0 項。在這3 項不同的胃癌研究中，CDCA2 在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）。薈萃這3 項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA2表達顯著增加（P=3.02E-5），見圖2B；CDCA3 高表達研究有4 項，低表達研究有0 項。在這4 項不同的胃癌研究中，CDCA3 在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）；薈萃這4項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA3 表達顯著增加（P=6.60E-4），見圖2C；CDCA4 高表達研究有1 項，低表達研究有0 項。在這1 項胃癌研究中，CDCA4 在胃癌組織中的表達水平高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）；CDCA5 高表達研究有10 項，低表達有0 項。在這10 項不同的胃癌研究中，CDCA5 在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）。薈萃這10項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA5 的表達顯著增加（P=6.04E-6），見圖2D；CDCA6 高表達研究有 4 項，低表達有0項。在這4項不同的胃癌研究中，CDCA6在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）。薈萃這4 項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA6的表達顯著增加（P=1.88E-4），見圖2E；CDCA7高表達研究有8項，低表達研究有0 項。在這8 項不同的胃癌研究中，CDCA7 在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）。薈萃這8項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA7 的表達顯著增加（P=1.86E-4），見圖 2F；CDCA8 高表達研究有2項，低表達研究有0項。在這2項不同的胃癌研究中，CDCA8 在胃癌組織中的表達水平均高于癌旁組織，差異有統計學意義（P＜0.05）。薈萃這2 項數據研究發現，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA8的表達顯著增加（P=7.73E-9），見圖2G。由此可見，CDCA 基因家族中的每個成員在胃癌組織中的表達均顯著高于癌旁組織。

圖2 CDCA 基因家族在Oncomine 數據庫中各項胃癌研究中的表達Fig.2 Expressions of CDCA gene family in gastric cancer from different studies in Oncomine database

表1 CDCA基因家族在不同研究者數據集的表達情況Tab.1 Expressions of CDCA gene family in datasets of different investigators

2.3 CDCA 基因家族在胃腺癌中的表達 采用GEPIA 平臺進一步分析了TCGA 數據庫中CDCA 基因家族在胃腺癌中的表達情況，在TCGA 數據庫中涉及胃癌旁組織共211 例，胃腺癌組織408 例。CDCA1、CDCA2、CDCA3、CDCA4、CDCA5、CDCA6、CDCA7 和CDCA8 在胃腺癌組織中的表達水平均顯著高于癌旁組織（P均＜0.001，圖3），其差異倍數Log2FC 均＞1，見表2。這一分析結果進一步佐證了CDCA基因家族在胃癌組織中的表達顯著增加。

表2 CDCA 基因家族在胃腺癌組織和癌旁組織間的表達差異Tab.2 Significant changes of CDCA gene family expressions between stomach adenocarcinoma and normal gastric tissues

圖3 GEPIA 數據庫CDCA 基因家族在胃腺癌組織和癌旁組織之間的表達Fig.3 Expressions of CDCA gene family between gastric adenocarcinoma tissue and adjacent tissue in GEPIA database

3 討論

胃癌是危害人類身體健康的常見惡性腫瘤，我國是世界上胃癌高發的國家之一，因此對胃癌的預防及治療顯得尤為重要［19-20］。目前，胃癌的主要治療手段仍是手術和化療。雖然在此基礎上，許多新的方法已開始應用于胃癌治療，然而這些治療策略在進展期胃癌患者中的治療效果并不理想。分子靶向治療的興起使其成為對進展期胃癌患者進行治療的極有價值的手段之一。因此通過尋找新的藥物靶點進行治療以延長進展期胃癌患者生存期是目前轉化醫學研究的熱點與難點［4］。

快速的細胞生長和細胞分裂幾乎是所有惡性腫瘤的特征，CDCA 基因家族的異常表達可導致腫瘤的發生［21］。其中 CDCA1 也稱為 NUF2，該基因編碼的蛋白質對核分裂和微管起具有重要作用［16］。CDCA1 敲除會引起動粒-微管附著的異常和紡錘體檢查點的激活，最終導致有絲分裂細胞的死亡［7］。有研究表明，通過siRNA 下調CDCA1 基因的表達可抑制肝癌細胞的遷移和侵襲以及結直腸癌細胞增殖［22-23］。本研究表明CDCA1 在胃癌組織的表達顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為2.756倍。

CDCA2 編碼的蛋白質參與細胞有絲分裂、核膜重建和損傷修復［24-27］。近年已有研究證實，CDCA2在肺腺癌、胰腺導管腺癌和乳腺癌等腫瘤中高表達，且 CDCA2 的表達與癌癥惡性程度相關［8，28-31］。本研究表明CDCA2 在胃癌組織中的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為2.275倍。

CDCA3 是細胞進行有絲分裂的必需胞質蛋白，其通過控制有絲分裂入口來調節細胞周期［32］。CDCA3 在包括肺癌、前列腺癌和口腔鱗癌等多種腫瘤中表達增加［33-34］，通過調控腫瘤細胞的增殖、耐藥、早衰等參與其生物學行為［32］。在本研究中，CDCA3 在胃癌組織中的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為2.734 倍。CDCA4 主要定位于細胞核仁中，可能作為轉錄的抑制因子與細胞周期的有絲分裂相關［35］。現有的研究認為，CDCA4 通過E2F 轉錄調節途徑參與調節宮頸癌細胞和肺腺癌細胞的增殖過程［11］；敲低CDCA4的表達能夠顯著抑制裸鼠體內及體外三陰性乳腺癌細胞的生長增殖能力［36］。在本研究中，CDCA4 在胃癌組織中的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為1.719倍。

CDCA5 定位于人染色體11q12.1，其功能是在有絲分裂后期確保姐妹染色單體準確分離［37］。陳墅圳等［38］研究發現，以 siRNA 靶向抑制 CDCA5 基因在肝癌細胞中的表達可抑制肝癌細胞的增殖和促進凋亡。NGUYEN 等［39］的研究也發現，CDCA5 在非小細胞肺癌中高表達與患者預后差相關。在本研究中，CDCA5 在胃癌組織中的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為2.991倍。

CDCA6 也稱為CBX2，許多基因拷貝數正常的惡性腫瘤表現出周期性的CDCA6 過表達［40］。CLERMONT 等［41］發現 CDCA6 在乳腺癌和前列腺癌中的表達顯著上調，且上調程度與腫瘤轉移和患者生存期密切相關；而CDCA6 的缺失可促進細胞凋亡，提示CDCA6可能是驅動細胞增殖和轉移的關鍵調節因子。還有研究表明，CDCA6 的表達與乳腺癌的臨床特征相關，包括淋巴結轉移陽性、腫瘤體積大、HER-2 陽性［42］。在本研究中，CDCA6 在胃癌組織中的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為1.080。

CDCA7 作為轉錄因子Myc 和E2F1 的下游靶基因，參與細胞周期過程，是很多基因的表達轉錄調控因子［43-44］，現有的報道顯示，CDCA7 在包括淋巴瘤、卵巢癌和結直腸癌等腫瘤中表達增高［14，45-49］。在本研究中，CDCA7 在胃癌組織的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為3.399倍。

CDCA8 是一個細胞周期調節基因，其在定位CPC 到著絲粒、糾正動粒結合錯誤、穩定雙極紡錘體等方面發揮重要作用［37］。現有的研究結果顯示，CDCA8 在腫瘤細胞和未分化的人類胚胎干細胞中高表達，而在正常細胞中無表達或有微量表達［50-52］。本研究中，CDCA8 在胃癌組織的表達水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數為3.880倍。

綜上所述，本研究通過分析CDCA 基因家族在不同類型腫瘤中的表達，進一步分析其在胃癌中的表達。分析結果顯示，CDCA 基因家族中的各成員在胃癌組織中的表達均顯著高于癌旁組織，由此可見，CDCA 基因家族與胃癌的發生發展密切相關，有望成為評估患者病程進展的輔助檢測指標和治療胃癌的潛在新靶點。