口腔鱗狀細(xì)胞癌組織中差異微小RNA/mRNA表達(dá)譜的對(duì)接研究

劉思玉 謝龍 祁兵 馬長(zhǎng)艷 桑磊 李宏衛(wèi)

1.南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)研究所；2.南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科；3.病理科；4.南京醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)系，南京 210029

口腔鱗狀細(xì)胞癌（oral squamous cell carcinomas，OSCC）是頭頸部惡性腫瘤中發(fā)病率最高的惡性腫瘤，其易發(fā)生細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，患者預(yù)后較差，術(shù)后5年的存活率低于50%[1]。研究[2]發(fā)現(xiàn)：OSCC的發(fā)生和發(fā)展受基因水平的調(diào)控，基因表達(dá)受DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平及蛋白水平等多層面調(diào)控，過(guò)程復(fù)雜。近年來(lái)，微小RNA（microRNAs，miRNA）在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)控備受關(guān)注。大量研究[3-4]表明miRNA既可作為原癌基因參與惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，又可作為抑癌基因參與抑制惡性腫瘤的形成，其在腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、凋亡及機(jī)體發(fā)育、代謝等基本生命活動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，并可以作為OSCC早期診斷和治療的生物標(biāo)志物[5]。

據(jù)估計(jì)，人類基因組中miRNA的種類約有1 000多種，其在基因轉(zhuǎn)錄后通過(guò)抑制靶mRNA的翻譯或降解mRNA調(diào)控近30%的人類基因[6]。因此，了解OSCC發(fā)生和發(fā)展相關(guān)的遺傳過(guò)程及參與的生物學(xué)通路，為疾病的分級(jí)、早期診斷及治療提供重要的信息，對(duì)新藥的開(kāi)發(fā)也有很大幫助[7-8]。因此，OSCC中差異miRNA/mRNA表達(dá)譜的對(duì)接研究顯得尤為重要。

1 材料和方法

1.1 組織樣本

選取10對(duì)凍存OSCC組織和配對(duì)癌旁正常組織作為研究對(duì)象，樣本來(lái)源于2011年11月—2012年2月期間在江蘇省口腔醫(yī)院頜面外科接受手術(shù)治療的OSCC患者，術(shù)前已經(jīng)專業(yè)病理人員確診為OSCC，且所有患者并未接受過(guò)任何放化療或其他抗癌治療，并獲得每位患者書(shū)面同意。癌旁正常組織定義為病灶周圍病理檢查未見(jiàn)OSCC細(xì)胞的組織。樣本經(jīng)手術(shù)切除后立即于-80 ℃凍存收集。

1.2 構(gòu)建差異miRNA表達(dá)譜

從OSCC樣本和配對(duì)癌旁的樣本中分別提取總RNA，回收18～30 nt大小的片段，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）構(gòu)建兩組樣本的cDNA文庫(kù)。運(yùn)用Illumina HiSeq 2000第二代高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)兩組樣本的miRNA進(jìn)行測(cè)序，通過(guò)去接頭、去低質(zhì)量、去污染等過(guò)程完成數(shù)據(jù)的處理，得到最終數(shù)據(jù)。參照miRNA數(shù)據(jù)庫(kù)，比對(duì)已知miRNA，構(gòu)建OSCC組織和配對(duì)癌旁組織的miRNA表達(dá)譜。將兩個(gè)樣本的miRNA表達(dá)量歸一化到同一個(gè)量級(jí)，然后使用標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果比較分析兩組樣本中顯著差異表達(dá)的miRNA，顯著差異表達(dá)的miRNA定義為Fold-change（log2鱗癌/癌旁）＞1或者Fold-change（log2鱗癌/癌旁） ＜-1，并且P＜0.01。

1.3 構(gòu)建差異mRNA表達(dá)譜

OSCC組織和配對(duì)癌旁組織的mRNA表達(dá)譜的構(gòu)建方法同miRNA表達(dá)譜。差異基因的檢測(cè)方法參照文獻(xiàn)[9]，顯著差異表達(dá)基因定義為Fold-change（log2鱗癌/癌旁）≥1或Fold-change（log2鱗癌/癌旁）≤-1，且發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤率（false discovery rate，F(xiàn)DR）≤0.001。

1.4 OSCC和癌旁組織中差異表達(dá)miRNA/mRNA對(duì)接

運(yùn)用Gene Ontology功能富集分析，將1.2和1.3的結(jié)果進(jìn)行對(duì)接分析，預(yù)測(cè)與OSCC細(xì)胞周期、凋亡、增殖及分化相關(guān)性較高的miRNA和mRNA。

2 結(jié)果

2.1 OSCC和癌旁組織中差異miRNA表達(dá)譜

2.1.1 已知miRNA的統(tǒng)計(jì) 與人類miRNA數(shù)據(jù)庫(kù)中的miRNA前體進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在OSCC組織中，共檢測(cè)到1 554個(gè)已知miRNA，包括255個(gè)miRNA成熟體，304個(gè)miRNA-3p，283個(gè)miRNA-5p，712個(gè)miRNA前體；在癌旁組織中，共檢測(cè)到1 496個(gè)已知miRNA，其中有247個(gè)miRNA成熟體，297個(gè)miRNA-3p，268個(gè)miRNA-5p和684個(gè)miRNA前體。

2.1.2 OSCC和癌旁組織中差異表達(dá)的miRNA 對(duì)照OSCC和癌旁組織中已知的miRNA，共有77個(gè)miRNA顯著性差異表達(dá)，其中53個(gè)顯著性上調(diào)，24個(gè)顯著性下調(diào)。上調(diào)表達(dá)最顯著的10個(gè)miRNA分別為hsamiR-448、hsa-miR-1269b、hsa-miR-184、hsa-miR-411-3p、hsa-miR-1269a、hsa-miR-542-5p、hsa-miR-10b-3p、hsa-miR-129-1-3p、hsa-miR-450b-5p、hsamiR-409-5p，F(xiàn)old-change（log2鱗癌/癌旁）分別為10.746 02、8.070 44、7.807 41、6.707 91、4.891 40、3.980 21、3.680 66、3.439 63、2.838 23、2.565 21；下調(diào)表達(dá)最顯著的10個(gè)miRNA分別為hsa-miR-135a-5p、hsa-miR-96-3p、hsa-miR-676-3p、hsa-miR-375、hsa-miR-99a-3p、hsa-miR-4776-5p、hsa-miR-202-5p、hsa-miR-1246、hsa-miR-211-5p、hsa-miR-1323，F(xiàn)oldchange（log2鱗癌/癌旁）分別為-8.007 87、-6.920 41、-6.727 78、-3.751 05、-2.967 36、-2.958 51、-2.720 37、-2.341 79、-2.064 27、-1.894 38。

2.2 OSCC和癌旁組織中差異mRNA表達(dá)譜

在OSCC組織和癌旁組織中共發(fā)現(xiàn)1 298個(gè)mRNA差異表達(dá)，根據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)1 120個(gè)mRNA顯著性上調(diào)，178個(gè)mRNA顯著性下調(diào)。上調(diào)表達(dá)最顯著的10個(gè)mRNA分別為MAGE-A11、PHACTR3、COL10A1、PPAPDC1A、EMR1、FAM132A、CHRNA1、LRRC17、ODZ3、BAALC，F(xiàn)old-change（log2鱗癌/癌旁）分別為10.252 66、9.930 73、9.837 62、9.738 09、9.686 50、9.686 50、9.686 50、9.631 17、9.455 32、9.324 18；下調(diào)表達(dá)最顯著的10個(gè)mRNA分別為TCHH、SYTL4、EPHX3、KRT33B、CTTNBP2、ESYT3、NCRNA-00162、SYTL5、CACNB4、CRTAC1，F(xiàn)old-change（log2鱗癌/癌旁）分別-10.759 88、-9.607 33、-9.377 21、-8.939 57、-8.851 74、-8.758 22、-8.758 22、-8.758 22、-8.758 22、-8.661 77。

2.3 OSCC組織中差異表達(dá)miRNA/mRNA的對(duì)接研究

除了上調(diào)表達(dá)中的miR-1537、miR-20a-5p和下調(diào)表達(dá)中的miR-23b-5p、hsa-miR-210未尋找到相應(yīng)調(diào)控的靶mRNA外，其余73個(gè)miRNA都在OSCC細(xì)胞周期、增殖、分化及凋亡過(guò)程中相應(yīng)地調(diào)控一個(gè)或多個(gè)靶mRNA。

3 討論

高通量測(cè)序技術(shù)堪稱測(cè)序技術(shù)發(fā)展歷程的一個(gè)里程碑，該技術(shù)可以對(duì)數(shù)百萬(wàn)個(gè)遺傳分子同時(shí)進(jìn)行測(cè)序，這使得對(duì)一個(gè)物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全貌的分析成為可能。近年來(lái)，以Illumina公司的Solexa技術(shù)、ABI公司的SOLiD技術(shù)和Roche公司的454技術(shù)為代表的新一代高通量RNA測(cè)序（RNA Sequencing，RNA-seq）技術(shù)得到飛速發(fā)展[10-11]，與基因芯片技術(shù)相比，RNA-seq無(wú)需設(shè)計(jì)探針，能在全基因組范圍內(nèi)以單堿基分辨率檢測(cè)和量化轉(zhuǎn)錄片段，并能應(yīng)用于基因組圖譜尚未完成的物種，具有信噪比高、分辨率高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)[12]。此技術(shù)已在肝癌、膀胱癌等常見(jiàn)癌的表達(dá)譜構(gòu)建方面得到廣泛應(yīng)用[13-14]，但在OSCC表達(dá)譜構(gòu)建方面的報(bào)道鮮見(jiàn)。本研究首次構(gòu)建了OSCC的差異miRNA和mRNA表達(dá)譜，在該領(lǐng)域內(nèi)具有先進(jìn)性。

腫瘤細(xì)胞的周期改變、增殖、分化以及凋亡與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，受到基因水平的調(diào)控，OSCC也同樣如此。如S100A14的過(guò)表達(dá)，中止了OSCC細(xì)胞在G1期的有絲分裂，從而抑制了腫瘤的生長(zhǎng)[15]；PLAU的高表達(dá)與OSCC的細(xì)胞增殖相關(guān)，已成為OSCC預(yù)后診斷的指標(biāo)[16]；與凋亡相關(guān)的基因BCL2L12，與鱗癌的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[17]。

從對(duì)接研究結(jié)果來(lái)看，在細(xì)胞周期、增殖、分化和凋亡4個(gè)階段，一個(gè)miRNA可以調(diào)控多個(gè)mRNA，如上調(diào)表達(dá)的miR-377-3p、miR-450a-3p、miR-424-5p等和下調(diào)表達(dá)的miR-96-3p、let-7c、miR-548h-5p等。同樣，也發(fā)現(xiàn)一個(gè)mRNA被多個(gè)miRNA調(diào)控，預(yù)測(cè)這些差異表達(dá)的miRNA在OSCC的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中可能發(fā)揮一定的作用。如miRNA-184在舌鱗癌患者中表達(dá)上調(diào)，手術(shù)切除后明顯減少[18]；miRNA-10b在口腔癌中高表達(dá)，其可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲[19]；miR-9在頭頸部鱗癌中高表達(dá)，其通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞的增殖發(fā)揮抑癌作用[20]；在OSCC中下調(diào)表達(dá)的miRNA-99a同腫瘤的生長(zhǎng)密切相關(guān)[21]；下調(diào)表達(dá)的miR-125b在OSCC的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著作用[22]；miR-375在頭頸部鱗癌中低表達(dá)[23]。

miRNA-21、miRNA-31等一些已報(bào)道的口腔鱗癌相關(guān)miRNA[24-25]，在研究中雖然也表現(xiàn)出一定的差異性，但是并不是很顯著。此現(xiàn)象出現(xiàn)可能因選取的檢測(cè)方法較以往研究不同，本研究采用高通量測(cè)序技術(shù)，獲得龐大而詳實(shí)的OSCC差異miRNA表達(dá)譜，較前可能會(huì)存在一定差異；其次可能因本研究的樣本量偏少，導(dǎo)致結(jié)果有一些細(xì)微偏差，但并不影響整體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，筆者會(huì)在后續(xù)的研究中繼續(xù)增加樣本數(shù)量。

通過(guò)對(duì)OSCC和癌旁組織中miRNA和mRNA的對(duì)接研究，對(duì)miRNA與mRNA在OSCC中的相關(guān)關(guān)系有了更加深入的認(rèn)識(shí)：?jiǎn)蝹€(gè)miRNA可調(diào)控多個(gè)mRNA，一個(gè)mRNA同時(shí)又可受到多個(gè)miRNA的調(diào)控，它們相互交織、相互合作，形成精密、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)參與轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)調(diào)控，在OSCC的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。隨著OSCC中特異性miRNA的不斷發(fā)現(xiàn)，通過(guò)生物信息技術(shù)，預(yù)測(cè)與之對(duì)應(yīng)的靶基因，并對(duì)參與OSCC信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的靶基因進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)OSCC早期診斷和治療提出了一些新的思路和方法。

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