PRC1在肺腺癌數(shù)據(jù)集上表達及其臨床預后意義

黃海輝，彭新東，俞琳薈，戴經(jīng)國

（韶關學院 信息工程學院，廣東 韶關 512005）

肺癌（Lung cancer）是目前我國死亡率最高的惡性腫瘤之一，近年來發(fā)病率和死亡率持續(xù)升高，患者的5年生存率小于15%［1］.肺癌可分為非小細胞肺癌（non?small cell lung cancer，NSCLC）和小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC），NSCLC包括腺癌（LUAD）、鱗癌、大細胞癌和腺鱗癌等.而肺腺癌是最常見的肺癌類型，約占所有肺癌的40%.關于肺癌已經(jīng)有大量研究［2-3］，但是其分子機制仍不完全清楚［1］.因此，探索和發(fā)現(xiàn)肺癌發(fā)生和進展的分子調(diào)控機制，找到肺癌在潛移默化發(fā)展過程中的基因調(diào)控網(wǎng)絡，進而在分子水平上預防或阻斷肺癌的進展就顯得尤為重要.

細胞分裂是細胞周期的最后事件，將一個細胞分成兩個子細胞.細胞分裂調(diào)節(jié)蛋白1（Protein Regulator of Cytokinesis 1，PRC1）對細胞分裂和正常的細胞裂解至關重要.PRC1基因編碼參與胞質(zhì)分裂的蛋白質(zhì)，在微管交聯(lián)中起關鍵作用.PRC1的失調(diào)導致細胞分裂缺陷，促進染色體不穩(wěn)定，從而可能促進腫瘤的異質(zhì)性和癌癥進化［4］.例如Li等論證了尤因肉瘤特異性致癌轉錄因子EWSR1-FLI1通過與近端增強子樣GGAA-微衛(wèi)星結合，劫持了生理上保障細胞分裂受控的PRC1，從而促進腫瘤生長和不良的臨床結果［5］. Peeters和DuPage指出腫瘤內(nèi)在的環(huán)指蛋白2（RNF2）是Polycomb抑制器復合體1的催化亞單位，在針對乳腺癌的協(xié)作性NK和CD4+T細胞抗腫瘤免疫反應中充當負面調(diào)節(jié)器［6］. Uribe等論證了TSHZ2通過抑制PRC1的磷酸化水平和PRC1的轉錄水平從而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展［7］. Jia等人通過RNA定量分析表征了PRC1在膀胱癌中的失調(diào)，阻礙細胞增殖、遷移和侵襲潛能［8］. Su等人指出PRC1驅動了雙陰性前列腺癌的骨骼和內(nèi)臟器官的定植.他們進一步論證了PRC1協(xié)調(diào)干性與免疫規(guī)避和新血管生成，在雙陰性前列腺癌中靶向PRC1的潛在臨床效用［4］.筆者在之前的關于基因選擇的研究［9］中，從20 000多個候選基因集選擇了若干預測標記物，其中包含了PRC1，對這些標記物進行了簡單的生物學分析，結果發(fā)現(xiàn)PRC1等標記物存在一定的生物學意義.然而，截至目前，PRC1在肺腺癌中的表達譜及其可能的致癌作用和分子機制尚未得到充分解釋.

筆者通過多種數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)挖掘，分析PRC1在泛癌特別是肺腺癌中的表達水平及預后意義，為后續(xù)研究PRC1在肺腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用提供參考.

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)收集和分析

TCGA泛癌數(shù)據(jù)和GTEx的PRC1表達和臨床數(shù)據(jù)來自UCSC Xena數(shù)據(jù)庫（https：//xenabrowser.net/datapages/）.為了評估PRC1的表達，從TCGA獲得腫瘤組織，并將正常組織與來自TCGA和GTEx數(shù)據(jù)庫的正常組織相結合.肺腺癌微陣列數(shù)據(jù)獲自GEO數(shù)據(jù)庫，包括GEO：GSE18842（平臺：HG-U133-Plus2），GSE19804（平臺：HG-U133-Plus2）和GSE31547（平臺：HG-U133A）.

1.2 相關性和富集分析

采用TCGA數(shù)據(jù)進行PRC1與肺腺癌其他mRNAs的相關性分析，計算Pearson相關系數(shù).選擇與PRC1最正相關的前250個基因進行富集分析，以反映PRC1的作用.使用R包“clusterProfiler”中的EnrichGO功能進行基因本體（GO）分析.使用R包“clusterProfiler”的EnrichKEGG功能進行京都基因和基因組百科全書（KEGG）分析.

1.3 腫瘤突變負荷值（TMB）估計

TMB是每兆字節(jié)腫瘤組織突變總數(shù)的量度［10］.通過將突變總數(shù)除以目標編碼區(qū)的大小來計算每兆堿基的TMB.TMB來源于Vesteinn Thorsson等人2018年發(fā)表的The Immune Landscape of Cancer文章.

1.4 微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）值估計

已有研究論證了MSI與癌癥發(fā)展存在一定的關系［11］，提供了探索疾病發(fā)展的新視覺.MSI來源于Russell Bonneville等人2017年發(fā)表的Landscape of Microsatellite Instability Across 39 Cancer Types文章.

1.5 統(tǒng)計分析

以上所有分析方法和R軟件包均使用v4.0.3版R軟件執(zhí)行.通過Kaplan-Meier和對數(shù)秩檢驗方法評估總體存活率，通過Wilcox檢驗或Kruskal檢驗分析亞組差異，P<0.05被認為具有統(tǒng)計學意義.

2 結果分析

2.1 泛癌PRC1表達分析

PRC1在3個肺腺癌數(shù)據(jù)集GSE19804，GSE18842和GSE31547的高表達（見圖1）.

圖1 PRC1在3個肺腺癌數(shù)據(jù)集中的表達分析

2.2 PRC1表達與癌癥患者預后的關系

為了評估PRC1在預測癌癥患者預后中的價值，在TCGA肺腺癌中分析了PRC1表達與OS之間的關聯(lián).結果顯示PRC1的較高表達與肺腺癌中的OS降低顯著相關（見圖2）.

圖2 PRC1在肺腺癌中的生存分析

2.3 相關性和富集分析

為了預測PRC1的功能，包括相關通路，使用TCGA數(shù)據(jù)對PRC1與肺腺癌中的其他基因進行了相關性分析.選擇與PRC1最正相關的前300個基因進行富集分析.使用clusterProfiler R包進一步探索了基于前250個基因的潛在功能途徑.GO分析表明，PRC1主要與細胞分裂及繁殖相關基因術語相關，包括有絲分裂的細胞周期、單鏈DNA結合、管蛋白結合、微管結合、微管馬達活動、細胞骨架運動活動、加端指導的微管馬達活動、ATP依賴性活動等（見圖3 A）.此外，KEGG通路分析表明（見圖3 B），前250個基因富集在細胞周期及重組等通路，如細胞周期、卵母細胞減數(shù)分裂、同源重組、DNA復制等.這些結果表明，PRC1與肺腺癌中的許多惡性腫瘤相關通路相關，尤其是細胞增殖相關通路.

圖3 PRC1及其相關基因的富集分析

2.4 腫瘤突變負荷和微衛(wèi)星分析

進一步評估了PRC1在肺腺癌及其他癌癥中與TMB和MSI分析的關系（見圖4）.圖4中橫坐標代表基因與TMB相關系數(shù)，縱坐標為不同腫瘤，圓點大小代表相關系數(shù)大小，不同顏色代表P值顯著性，示意圖中顏色越藍P值越小.PRC1在肺腺癌等大多數(shù)疾病中都與TMB和MSI呈現(xiàn)正相關關系，顯示出PRC1具有良好的臨床研究價值.

圖4 泛癌PRC1基因表達與TMB、MSI相關性分析

3 結論

PRC1與許多疾病的進展有關，然而它尚未在各種腫瘤中得到廣泛研究.因此，迫切需要闡明PRC1在癌癥特別是肺癌的預后、進展和治療中的作用.

根據(jù)研究結果，使用TCGA和GTEx數(shù)據(jù)，PRC1在泛癌中的表達水平和預后功能表明，與正常組織相比，PRC1在泛癌上具有統(tǒng)計學意義的表達差異.此外，PRC1在3個肺腺癌數(shù)據(jù)集GSE18842，GSE19804和GSE31547的高表達.不同腫瘤類型中PRC1表達水平的差異可能反映了不同的潛在功能和機制. 研究進一步發(fā)現(xiàn)，PRC1的過表達通常預示著具有高PRC1表達的腫瘤患者的預后不良，例如LUAD，MESO和ACC等.PRC1是預測腫瘤患者預后的潛在生物標志物.

腫瘤微環(huán)境免疫細胞構成腫瘤組織的關鍵因素，越來越多的證據(jù)支持其在預測腫瘤患者的生存狀態(tài)和治療效果方面的臨床病理學意義［12］.具體而言，腫瘤突變負荷值（TMB）的浸潤水平加速了肺癌的進展［10］.研究表明癌癥與微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）之間存在依賴關系，其中微衛(wèi)星不穩(wěn)定性是由DNA錯配修復缺陷引起的［13］.結果顯示PRC1與TMB和MSI存在一定的相關性，暗示了PRC1在其中可能扮演者某些角色.

GO結果顯示PRC1與細胞分裂及繁殖相關通路密切相關，包括有絲分裂的細胞周期、單鏈DNA結合、ATP依賴性活動等.同時，KEGG分析表明PRC1參與肺腺癌的細胞周期、卵母細胞減數(shù)分裂、DNA復制等通路.暗示了PRC1在肺癌發(fā)展中可能占有重要位置.

鑒于PRC1在眾多疾病中存在差異表達及良好的潛在預后能力，及其可能在微衛(wèi)星不穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用，以及在藥物指導中也具有一定的預測價值，PRC1可能是肺腺癌有價值的預后生物標志物.