基于Oncomine等數(shù)據(jù)庫分析CDCA基因家族在胃癌中的表達(dá)①

陳曉萍 吳美珠 劉麗雅 沈阿靈 陳友琴③ 彭 軍

（福建中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合研究院，福州 350122）

胃癌是常見的惡性腫瘤之一，據(jù)2018年全球癌癥數(shù)據(jù)分析顯示：胃癌在全球發(fā)病率居常見腫瘤的第5 位，病死率居第3 位，嚴(yán)重威脅人們的生命和健康［1-3］。雖然目前手術(shù)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(jìn)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(diào)節(jié)腫瘤中異常表達(dá)的分子來影響腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為，從而達(dá)到治療效果而備受關(guān)注。因此，通過尋找新的藥物靶點(diǎn)進(jìn)行治療以延長進(jìn)展期胃癌患者生存期是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)［4］。

Oncomine 數(shù)據(jù)庫是目前世界上最大的癌基因芯片數(shù)據(jù)庫和整合數(shù)據(jù)挖掘平臺［5］。利用該數(shù)據(jù)庫可挖掘靶基因在大多數(shù)主要腫瘤類型及其相應(yīng)正常組織的表達(dá)差異分析數(shù)據(jù)，同時也可獲得靶基因表達(dá)與腫瘤重要臨床特征的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)新的潛在生物分子標(biāo)志和治療靶點(diǎn)［6］。

細(xì)胞分裂周期相關(guān)（cell division cycle-associated，CDCA）基因家族由8 個成員組成（CDCA1~8），是細(xì)胞增殖的重要調(diào)控因子。其不僅是正常細(xì)胞所必需的，而且對腫瘤細(xì)胞增殖具有重要調(diào)控作用。其中，CDCA1 也被稱為NUF2，其編碼的蛋白質(zhì)在核分裂和微管穩(wěn)定方面至關(guān)重要［7］。CDCA2 可與蛋白磷酸酶1γ（PP1γ）結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期中的DNA損傷反 應(yīng)［8］。 CDCA3 是 SKP1-Cullin-RING-F-box（SCF）泛素連接酶（E3）復(fù)合物的一部分，在調(diào)節(jié)細(xì)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(fā)現(xiàn)其為參與造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞生長分化內(nèi)在調(diào)節(jié)的新基因；同時，其還具有調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞G1/S 周期轉(zhuǎn)換的功能［11］。CDCA5 在細(xì)胞分裂過程中對于姐妹染色單體凝聚和分離方面發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用［12］。CDCA6 又稱CBX2，該基因編碼的多梳蛋白復(fù)合物需要通過染色質(zhì)重塑和組蛋白修飾在整個發(fā)育過程中維持許多基因的轉(zhuǎn)錄抑制狀態(tài)［13］。CDCA7即JPO1，參與c-Myc介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化［14］。CDCA8也稱為Borealin/DasraB，是脊椎動物染色體乘客復(fù)合體的一個組成部分，該復(fù)合體是有絲分裂和細(xì)胞分裂的重要調(diào)節(jié)因子，并受細(xì)胞周期調(diào)節(jié)［15-16］?，F(xiàn)有的研究已經(jīng)表明，由細(xì)胞分裂周期相關(guān)蛋白異常表達(dá)引起的細(xì)胞周期失調(diào)在許多腫瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色［17-18］。然而，在胃癌的發(fā)生發(fā)展中鮮有報道。因此，研究細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)基因?qū)τ诮沂疚赴┑陌l(fā)生發(fā)展具有重要意義。

本研究利用Oncomine 數(shù)據(jù)庫及其他公共數(shù)據(jù)庫，分析CDCA 基因家族在胃癌中的表達(dá)及其與預(yù)后的關(guān)系，以期初步明確CDCA 基因家族在胃癌發(fā)生發(fā)展中的作用，為進(jìn)一步研究其對胃癌的作用機(jī)制提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基于Oncomine 數(shù)據(jù)庫篩選目標(biāo)基因并提取數(shù)據(jù)信息 通過注冊O(shè)ncomine（https：//www.oncomine.org）數(shù)據(jù)庫，獲得使用數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，然后根據(jù)研究需求在數(shù)據(jù)庫中設(shè)定篩選和提取數(shù)據(jù)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(shè)定條件（Pvalue＜0.01，fold change＞2，gene rank=top 10%）。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 基于GEPIA數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)信息 利用GEPIA（http：//gepia.cancer-pku.cn/）數(shù)據(jù)庫分析TCGA（The Cancer Genome Atlas）（https：//www. cancer. gov/aboutnci/organization/ccg/research/structural-genomics/tcga）數(shù)據(jù)庫中CDCA 基因家族在肺癌中的mRNA 差異表達(dá)。在“Expression DIY”中選擇“Boxplot”選項(xiàng)，在設(shè)置的數(shù)據(jù)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(jié)果

2.1 CDCA 基因家族在不同類型腫瘤中的表達(dá)結(jié)果 Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共納入了2 664 項(xiàng)關(guān)于CDCA 基因家族在不同類型腫瘤中的表達(dá)，其具體結(jié)果如圖1所示：Oncomine數(shù)據(jù)庫中共收集了301項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA1 的研究結(jié)果，CDCA1 表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有62 項(xiàng)，其中CDCA1表達(dá)增高的研究有56項(xiàng)，表達(dá)降低的研究有6 項(xiàng)；Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共收集了282 項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA2 的研究結(jié)果，CDCA2 表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有37 項(xiàng)，其中CDCA2 表達(dá)增高的研究有33 項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有4 項(xiàng)；Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共收集了367 項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA3的研究結(jié)果，CDCA3表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有70 項(xiàng)，其中CDCA3 表達(dá)增高的研究有65 項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有5 項(xiàng)；Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共收集了361 項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA4 的研究結(jié)果，CDCA4 表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有39項(xiàng)，其中CDCA4表達(dá)增高的研究有35項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有4 項(xiàng)；Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共收集了305 項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA5 的研究結(jié)果，CDCA5表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有73項(xiàng)，其中CDCA3表達(dá)增高的研究有68項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有5 項(xiàng)；Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共收集了367 項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA6 的研究結(jié)果，CDCA6 表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有28 項(xiàng)，其中CDCA6 中表達(dá)增高的研究有27 項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有1 項(xiàng)；Oncomine數(shù)據(jù)庫中共收集了295項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA7的研究結(jié)果，CDCA7表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果共有61 項(xiàng)，其中CDCA7 表達(dá)增高的研究有57 項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有4 項(xiàng)；Oncomine 數(shù)據(jù)庫中共收集了386 項(xiàng)不同類型的關(guān)于CDCA8 的研究結(jié)果，CDCA8 表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究共有57 項(xiàng)，其中CDCA8 表達(dá)增高的研究有51 項(xiàng)、表達(dá)降低的研究有6項(xiàng)。

圖1 CDCA 基因家族在Oncomine 數(shù)據(jù)庫中不同類型腫瘤研究中的表達(dá)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(dá) CDCA 基因家族各基因在胃癌中的表達(dá)結(jié)果如表1所示：CDCA1高表達(dá)研究有6項(xiàng)，低表達(dá)研究有0項(xiàng)。在這6項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA1 在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。薈萃這6項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA1 的表達(dá)顯著增加（P=3.36E-4），見圖2A；CDCA2 高表達(dá)研究有3 項(xiàng)，低表達(dá)研究有0 項(xiàng)。在這3 項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA2 在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。薈萃這3 項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA2表達(dá)顯著增加（P=3.02E-5），見圖2B；CDCA3 高表達(dá)研究有4 項(xiàng)，低表達(dá)研究有0 項(xiàng)。在這4 項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA3 在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；薈萃這4項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA3 表達(dá)顯著增加（P=6.60E-4），見圖2C；CDCA4 高表達(dá)研究有1 項(xiàng)，低表達(dá)研究有0 項(xiàng)。在這1 項(xiàng)胃癌研究中，CDCA4 在胃癌組織中的表達(dá)水平高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；CDCA5 高表達(dá)研究有10 項(xiàng)，低表達(dá)有0 項(xiàng)。在這10 項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA5 在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。薈萃這10項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA5 的表達(dá)顯著增加（P=6.04E-6），見圖2D；CDCA6 高表達(dá)研究有 4 項(xiàng)，低表達(dá)有0項(xiàng)。在這4項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA6在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。薈萃這4 項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA6的表達(dá)顯著增加（P=1.88E-4），見圖2E；CDCA7高表達(dá)研究有8項(xiàng)，低表達(dá)研究有0 項(xiàng)。在這8 項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA7 在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。薈萃這8項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA7 的表達(dá)顯著增加（P=1.86E-4），見圖 2F；CDCA8 高表達(dá)研究有2項(xiàng)，低表達(dá)研究有0項(xiàng)。在這2項(xiàng)不同的胃癌研究中，CDCA8 在胃癌組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。薈萃這2 項(xiàng)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，胃癌組織中CDCA8的表達(dá)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(dá)均顯著高于癌旁組織。

圖2 CDCA 基因家族在Oncomine 數(shù)據(jù)庫中各項(xiàng)胃癌研究中的表達(dá)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(shù)據(jù)集的表達(dá)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(dá) 采用GEPIA 平臺進(jìn)一步分析了TCGA 數(shù)據(jù)庫中CDCA 基因家族在胃腺癌中的表達(dá)情況，在TCGA 數(shù)據(jù)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(dá)水平均顯著高于癌旁組織（P均＜0.001，圖3），其差異倍數(shù)Log2FC 均＞1，見表2。這一分析結(jié)果進(jìn)一步佐證了CDCA基因家族在胃癌組織中的表達(dá)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(dá)差異Tab.2 Significant changes of CDCA gene family expressions between stomach adenocarcinoma and normal gastric tissues

圖3 GEPIA 數(shù)據(jù)庫CDCA 基因家族在胃腺癌組織和癌旁組織之間的表達(dá)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(fā)的國家之一，因此對胃癌的預(yù)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(shù)和化療。雖然在此基礎(chǔ)上，許多新的方法已開始應(yīng)用于胃癌治療，然而這些治療策略在進(jìn)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(jìn)展期胃癌患者進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行治療以延長進(jìn)展期胃癌患者生存期是目前轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)［4］。

快速的細(xì)胞生長和細(xì)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(dá)可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生［21］。其中 CDCA1 也稱為 NUF2，該基因編碼的蛋白質(zhì)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(diǎn)的激活，最終導(dǎo)致有絲分裂細(xì)胞的死亡［7］。有研究表明，通過siRNA 下調(diào)CDCA1 基因的表達(dá)可抑制肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲以及結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖［22-23］。本研究表明CDCA1 在胃癌組織的表達(dá)顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數(shù)為2.756倍。

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

CDCA3 是細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂的必需胞質(zhì)蛋白，其通過控制有絲分裂入口來調(diào)節(jié)細(xì)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(dá)增加［33-34］，通過調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、耐藥、早衰等參與其生物學(xué)行為［32］。在本研究中，CDCA3 在胃癌組織中的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數(shù)為2.734 倍。CDCA4 主要定位于細(xì)胞核仁中，可能作為轉(zhuǎn)錄的抑制因子與細(xì)胞周期的有絲分裂相關(guān)［35］?，F(xiàn)有的研究認(rèn)為，CDCA4 通過E2F 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)途徑參與調(diào)節(jié)宮頸癌細(xì)胞和肺腺癌細(xì)胞的增殖過程［11］；敲低CDCA4的表達(dá)能夠顯著抑制裸鼠體內(nèi)及體外三陰性乳腺癌細(xì)胞的生長增殖能力［36］。在本研究中，CDCA4 在胃癌組織中的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數(shù)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(zhǔn)確分離［37］。陳墅圳等［38］研究發(fā)現(xiàn)，以 siRNA 靶向抑制 CDCA5 基因在肝癌細(xì)胞中的表達(dá)可抑制肝癌細(xì)胞的增殖和促進(jìn)凋亡。NGUYEN 等［39］的研究也發(fā)現(xiàn)，CDCA5 在非小細(xì)胞肺癌中高表達(dá)與患者預(yù)后差相關(guān)。在本研究中，CDCA5 在胃癌組織中的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數(shù)為2.991倍。

CDCA6 也稱為CBX2，許多基因拷貝數(shù)正常的惡性腫瘤表現(xiàn)出周期性的CDCA6 過表達(dá)［40］。CLERMONT 等［41］發(fā)現(xiàn) CDCA6 在乳腺癌和前列腺癌中的表達(dá)顯著上調(diào)，且上調(diào)程度與腫瘤轉(zhuǎn)移和患者生存期密切相關(guān)；而CDCA6 的缺失可促進(jìn)細(xì)胞凋亡，提示CDCA6可能是驅(qū)動細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。還有研究表明，CDCA6 的表達(dá)與乳腺癌的臨床特征相關(guān)，包括淋巴結(jié)轉(zhuǎn)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(dá)水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數(shù)為1.080。

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

CDCA8 是一個細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因，其在定位CPC 到著絲粒、糾正動粒結(jié)合錯誤、穩(wěn)定雙極紡錘體等方面發(fā)揮重要作用［37］?，F(xiàn)有的研究結(jié)果顯示，CDCA8 在腫瘤細(xì)胞和未分化的人類胚胎干細(xì)胞中高表達(dá)，而在正常細(xì)胞中無表達(dá)或有微量表達(dá)［50-52］。本研究中，CDCA8 在胃癌組織的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織（P＜0.001），其差異倍數(shù)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(dá)，進(jìn)一步分析其在胃癌中的表達(dá)。分析結(jié)果顯示，CDCA 基因家族中的各成員在胃癌組織中的表達(dá)均顯著高于癌旁組織，由此可見，CDCA 基因家族與胃癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，有望成為評估患者病程進(jìn)展的輔助檢測指標(biāo)和治療胃癌的潛在新靶點(diǎn)。