黃海輝，彭新東，俞琳薈，戴經(jīng)國

（韶關(guān)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 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(xì)胞肺癌（non?small cell lung cancer，NSCLC）和小細(xì)胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC），NSCLC包括腺癌（LUAD）、鱗癌、大細(xì)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(guān)于肺癌已經(jīng)有大量研究［2-3］，但是其分子機(jī)制仍不完全清楚［1］.因此，探索和發(fā)現(xiàn)肺癌發(fā)生和進(jìn)展的分子調(diào)控機(jī)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(luò)，進(jìn)而在分子水平上預(yù)防或阻斷肺癌的進(jìn)展就顯得尤為重要.

細(xì)胞分裂是細(xì)胞周期的最后事件，將一個細(xì)胞分成兩個子細(xì)胞.細(xì)胞分裂調(diào)節(jié)蛋白1（Protein Regulator of Cytokinesis 1，PRC1）對細(xì)胞分裂和正常的細(xì)胞裂解至關(guān)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(guān)鍵作用.PRC1的失調(diào)導(dǎo)致細(xì)胞分裂缺陷，促進(jìn)染色體不穩(wěn)定，從而可能促進(jìn)腫瘤的異質(zhì)性和癌癥進(jìn)化［4］.例如Li等論證了尤因肉瘤特異性致癌轉(zhuǎn)錄因子EWSR1-FLI1通過與近端增強(qiáng)子樣GGAA-微衛(wèi)星結(jié)合，劫持了生理上保障細(xì)胞分裂受控的PRC1，從而促進(jìn)腫瘤生長和不良的臨床結(jié)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(fù)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(xì)胞抗腫瘤免疫反應(yīng)中充當(dāng)負(fù)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(zhuǎn)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(xì)胞增殖、遷移和侵襲潛能［8］. Su等人指出PRC1驅(qū)動了雙陰性前列腺癌的骨骼和內(nèi)臟器官的定植.他們進(jìn)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(guān)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(yù)測標(biāo)記物，其中包含了PRC1，對這些標(biāo)記物進(jìn)行了簡單的生物學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PRC1等標(biāo)記物存在一定的生物學(xué)意義.然而，截至目前，PRC1在肺腺癌中的表達(dá)譜及其可能的致癌作用和分子機(jī)制尚未得到充分解釋.

筆者通過多種數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，分析PRC1在泛癌特別是肺腺癌中的表達(dá)水平及預(yù)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(dá)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(dá)，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(jié)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(guān)性和富集分析

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

1.3 腫瘤突變負(fù)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(biāo)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(guān)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(yàn)方法評估總體存活率，通過Wilcox檢驗(yàn)或Kruskal檢驗(yàn)分析亞組差異，P<0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計學(xué)意義.

2 結(jié)果分析

2.1 泛癌PRC1表達(dá)分析

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

圖1 PRC1在3個肺腺癌數(shù)據(jù)集中的表達(dá)分析

2.2 PRC1表達(dá)與癌癥患者預(yù)后的關(guān)系

為了評估PRC1在預(yù)測癌癥患者預(yù)后中的價值，在TCGA肺腺癌中分析了PRC1表達(dá)與OS之間的關(guān)聯(lián).結(jié)果顯示PRC1的較高表達(dá)與肺腺癌中的OS降低顯著相關(guān)（見圖2）.

圖2 PRC1在肺腺癌中的生存分析

2.3 相關(guān)性和富集分析

為了預(yù)測PRC1的功能，包括相關(guān)通路，使用TCGA數(shù)據(jù)對PRC1與肺腺癌中的其他基因進(jìn)行了相關(guān)性分析.選擇與PRC1最正相關(guān)的前300個基因進(jìn)行富集分析.使用clusterProfiler R包進(jìn)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(xì)胞分裂及繁殖相關(guān)基因術(shù)語相關(guān)，包括有絲分裂的細(xì)胞周期、單鏈DNA結(jié)合、管蛋白結(jié)合、微管結(jié)合、微管馬達(dá)活動、細(xì)胞骨架運(yùn)動活動、加端指導(dǎo)的微管馬達(dá)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(xì)胞周期及重組等通路，如細(xì)胞周期、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂、同源重組、DNA復(fù)制等.這些結(jié)果表明，PRC1與肺腺癌中的許多惡性腫瘤相關(guān)通路相關(guān)，尤其是細(xì)胞增殖相關(guān)通路.

圖3 PRC1及其相關(guān)基因的富集分析

2.4 腫瘤突變負(fù)荷和微衛(wèi)星分析

進(jìn)一步評估了PRC1在肺腺癌及其他癌癥中與TMB和MSI分析的關(guān)系（見圖4）.圖4中橫坐標(biāo)代表基因與TMB相關(guān)系數(shù)，縱坐標(biāo)為不同腫瘤，圓點(diǎn)大小代表相關(guān)系數(shù)大小，不同顏色代表P值顯著性，示意圖中顏色越藍(lán)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(guān)關(guān)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(dá)與TMB、MSI相關(guān)性分析

3 結(jié)論

PRC1與許多疾病的進(jìn)展有關(guān)，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(yù)后、進(jìn)展和治療中的作用.

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

腫瘤微環(huán)境免疫細(xì)胞構(gòu)成腫瘤組織的關(guān)鍵因素，越來越多的證據(jù)支持其在預(yù)測腫瘤患者的生存狀態(tài)和治療效果方面的臨床病理學(xué)意義［12］.具體而言，腫瘤突變負(fù)荷值（TMB）的浸潤水平加速了肺癌的進(jìn)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(guān)系，其中微衛(wèi)星不穩(wěn)定性是由DNA錯配修復(fù)缺陷引起的［13］.結(jié)果顯示PRC1與TMB和MSI存在一定的相關(guān)性，暗示了PRC1在其中可能扮演者某些角色.

GO結(jié)果顯示PRC1與細(xì)胞分裂及繁殖相關(guān)通路密切相關(guān)，包括有絲分裂的細(xì)胞周期、單鏈DNA結(jié)合、ATP依賴性活動等.同時，KEGG分析表明PRC1參與肺腺癌的細(xì)胞周期、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂、DNA復(fù)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(dá)及良好的潛在預(yù)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(dǎo)中也具有一定的預(yù)測價值，PRC1可能是肺腺癌有價值的預(yù)后生物標(biāo)志物.