KPNA2基因在結(jié)直腸癌中的表達與患者預(yù)后關(guān)系的生物信息學(xué)分析

姜作龍（天津市北辰醫(yī)院,天津 300400）

結(jié)直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是消化系統(tǒng)中最為常見的惡性腫瘤[1]。2019年CRC在男性和女性人群中的發(fā)病率和死亡率均為第三位[2]。CRC已成為繼肺癌、乳腺癌之后最常見的腫瘤[3-4]。近年隨著生物技術(shù)的進步，大規(guī)模篩選并探討CRC相關(guān)基因表達水平及其與患者預(yù)后的關(guān)系成為可能[5]。因此，在本研究中筆者采用生物信息分析技術(shù)，探討核轉(zhuǎn)運蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）基因mRNA在人結(jié)直腸癌中的表達、生物學(xué)功能、相關(guān)信號通路以及和患者預(yù)后的相關(guān)性。

1 數(shù)據(jù)庫選擇與分析方法

1.1 KPNA2基因表達水平及功能和信號通路分析 TCGA數(shù)據(jù)庫比較KPNA2基因在CRC患者癌組織和癌旁組織中的差異表達情況，比較條件為|Log2FC|＞1，P＜0.05。采用基因本體論（GO）和KEGG進行KPNA2基因功能及信號通路分析。

1.2 KPNA2基因蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 KPNA2基因相互作用的蛋白網(wǎng)絡(luò)采用STRING（http://string-db.org/cgi/input.pl）[6]數(shù)據(jù)庫進行構(gòu)建，構(gòu)建條件為每個蛋白相互作用點小于20個，相互作用置信系數(shù)大于0.7。

1.3 預(yù)后分析 根據(jù)KPNA2基因在CRC患者癌組織中的相對表達水平中位數(shù)，分為高表達組和低表達組，繪制Kaplan-Meier生存分析曲線，采用log-rank檢驗比較患者總生存和無疾病進展生存是否不同。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 KPNA2基因在CRC患者中的差異表達、聚類分析、Pearson相關(guān)性等采用在線軟件分析，生存分析繪制生存曲線并進行l(wèi)og-rank檢驗，P＜0.05表示存在統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 KPNA2基因在CRC中的表達 KP NA2基因在CRC患者癌組織和癌旁正常腸上皮中的表達比較見圖1A，腫瘤組織中的表達水平顯著高于正常組織（P＜0.05）。同時，KPNA2基因表達水平在其他腫瘤組織中也明顯上調(diào)（P＜0.05）；然而CRC患者中KPNA2基因表達水平與患者臨床分期不存在相關(guān)性（P＞0.05），見圖1B。

圖1 KPNA2基因在腫瘤及正常組織中的表達分布圖(A：KPNA2基因在CRC患者腫瘤組織和正常腸上皮中的表達；B：KPNA2基因表達水平與CRC不同分期的關(guān)系)

2.2 KPNA2基因相關(guān)蛋白網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 KPNA2基因與其他相關(guān)蛋白互相作用網(wǎng)絡(luò)中（見圖2），蛋白-蛋白相互作用指數(shù)為11.0，區(qū)域聚類指數(shù)為0.72，各個蛋白呈現(xiàn)明顯的聚類表達（P＜0.05）。

圖2 KPNA2基因與相關(guān)蛋白相互作用的蛋白網(wǎng)絡(luò)

2.3 KPNA2基因 GO和KEGG分析 KPNA2基因編碼產(chǎn)物主要定位于細胞核、蛋白復(fù)合體和細胞膜，其分子功能主要富集于蛋白結(jié)合、酶活性條件和Ran-GTPase結(jié)合，而生物學(xué)過程主要為細胞生物學(xué)過程調(diào)節(jié)、代謝調(diào)節(jié)和細胞增殖。見表1。

表1 KPNA2基因本體論功能富集

2.4 KPNA2基因與其他基因共表達分析Pearson相關(guān)性分析顯示，在共表達水平方面PSMD12與KPNA2基因表達水平上存在正相關(guān)（r=0.74，P＜0.05），見圖3A。而YPEL3與KPNA2基因表達存在負(fù)相關(guān)（r=-0.48，P＜0.05），見圖3B。

圖3 與KPNA2基因共表達相關(guān)分析的散點圖（A: PSMD12與KPNA2基因表達水平上存在正相關(guān); B: YPEL3與KPNA2基因表達存在負(fù)相關(guān)）

2.5 KPNA2基因生存分析 KPNA2基因低表達CRC患者總生存優(yōu)于高表達患者（HR=0.51，P＜0.05），而CRC患者無疾病進展生存在高低組間無明顯差異（HR=0.80，P＞0.05）。結(jié)腸癌患者KPNA2基因低表達組總生存優(yōu)于高表達組（HR=0.42，P＜0.05），而直腸癌患者KPNA2基因表達水平與患者總生存和無疾病進展生存無明顯相關(guān)性（P＞0.05）。

2.6 KPNA2在腸癌中的表達 KPNA2蛋白主要表達于細胞膜和細胞核，呈棕褐色顆粒，見圖4。

3 討論

核轉(zhuǎn)運蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）為核輸入蛋白Karyopherin α家族成員之一，由529個氨基酸殘基構(gòu)成，分子量約為58kDa[7-8]。近年來，陸續(xù)有研究報道KPNA2在黑色素瘤、宮頸癌、食管癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、肝癌和膀胱癌等疾病中均呈現(xiàn)高表達[9-11]。且KPNA2高表達往往與患者的預(yù)后不良有關(guān)。有研究顯示，KPNA2基因表達水平在癌組織中是正常對照組中的5-10倍，且免疫組織進一步證實KPNA2基因編碼蛋白表達水平也明顯升高，且高表達者總生存期往往較短[12]。

然而，KPNA2基因在CRC中的研究報道較少，且其與CRC發(fā)生、發(fā)展及其作為CRC預(yù)后標(biāo)志物的可行性并不完全清楚。因此在本研究中筆者采用生物信息分析技術(shù)，探討核轉(zhuǎn)運蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）基因mRNA在人結(jié)直腸癌中的表達、生物學(xué)功能、相關(guān)信號通路以及和患者預(yù)后的相關(guān)性。研究結(jié)果認(rèn)為KPNA2基因在CRC患者腫瘤組織中的表達水平顯著高于正常組織（P＜0.05）。說明KPNA2基因可能與CRC的發(fā)生有關(guān)。而進一步的功能分析顯示KPNA2基因主要參與了p53信號通路（腫瘤抑制信號通路）、細胞衰老信號通路以及細胞周期信號通路。這些信號通路往往與腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移存在關(guān)系，從而解釋了其高表達患者往往預(yù)后不佳的原因。進一步進行預(yù)后分析顯示，KPNA2基因低表達CRC患者總生存優(yōu)于高表達患者（HR=0.51，P＜0.05）。提示KPNA2可能與患者的疾病進展有關(guān)，可作為預(yù)后不良的腫瘤標(biāo)志物。

KPNA2基因在CRC患者腫瘤組織中呈現(xiàn)高表達，且高表達者總生存期較短。KPNA2基因有可能作為CRC患者預(yù)后的分子標(biāo)志物。但上述結(jié)論仍需相關(guān)分子生物學(xué)和臨床研究加以證實。