基于生物信息學技術挖掘順鉑耐藥卵巢癌潛在治療藥物

摘要：目的 探討基于生物信息學方法挖掘順鉑卵巢癌耐藥潛在治療藥物的可行性。方法 通過美國國立信息中心NCBI的GEO數據庫獲得順鉑耐藥卵巢癌基因集GSE15372，通過R與Bioconductor軟件進行差異表達基因分析。利用Enrichr在線工具中的Cmap平臺對順鉑耐藥卵巢癌差異表達基因進行藥物篩選分析。結果 獲得差異表達基因211個，其中上調基因120個，下調基因91個；利用Enrichr中Cmap平臺挖掘出對順鉑耐藥卵巢癌有作用的候選藥物血根堿（Sanguinarine）等。結論 通過生物信息學方法挖掘潛在治療藥物的研究模式合理、簡便、省時，為腫瘤的藥物研究提供方向，減少研究的盲目性。

關鍵詞：基因表達譜；順鉑耐藥卵巢癌；差異表達基因；Enrichr；Cmap

卵巢癌是女性生殖系統常見的惡性腫瘤之一，在女性生殖系統惡性腫瘤中排名第二，但其死亡率卻位居婦科腫瘤之首[1] ，化療耐藥是影響患者預后的主要原因之一。腫瘤耐藥是一個多因素、多水平、多基因參與的復雜過程，涉及藥物動力學等多層次的各種生物學事件[2]，而這些事件最終大多與基因的差異表達有關[3]。因此研究與卵巢癌耐藥相關的基因及其相關潛在治療藥物對提高耐藥卵巢癌的治療效果具有非常重要的意義。本研究通過對順鉑耐藥卵巢癌基因芯片數據的差異表達基因的篩選，并對差異表達基因進行生物信息學分析，進而發現耐藥卵巢癌的潛在治療藥物。

1資料與方法

1.1獲取數據集 在NCBI（National Center for Biotechnology）的共享數據庫GEO數據庫（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/，Gene Expression Ombinus）中輸入關鍵詞Ovarian Cancer And cisplatin resisitant 獲得順鉑卵巢癌耐藥基因表達譜數據集GSE15372，包括5個順鉑藥物敏感型樣本，5個順鉑藥物耐藥型樣本。

1.2順鉑耐藥卵巢癌差異表達基因分析 應用R與Bioconductor軟件對芯片數據進行預處理，分三個步驟：背景處理方法為rma法，歸一化處理使用分位數法，匯總方法使用medianpolish，對每張芯片中變異系數等于或大于10%的部分進行過濾，處理后的基因芯片進行差異基因表達分析。

1.3順鉑耐藥卵巢癌潛在治療藥物的篩選 我們應用Enrichr在線分析軟件進行順鉑耐藥卵巢癌治療藥物的篩選。通過Enrichr中CMap平臺篩選耐藥卵巢癌治療藥物。將差異表達基因載入到Enrichr輸入菜單中，再應用Enrichr數據庫中的Connectivity Map平臺進行藥物篩選分析。

2結果

2.1 GEO數據集信息 GSE15372采用GPL570芯片平臺（[HG-U133_Plus_2]Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0 Array），隸屬于美國Affymetrix公司，來源于美國印第安納大學藥物科學學院，由Li M，Nephew KP等人完成并提交到GEO數據庫，共包括10個樣本，其中包括5個順鉑藥物敏感型樣本（GSM385721-GSM385725），5個順鉑藥物耐藥型樣本（GSM385726-GSM385730）。

2.2差異表達基因 應用R與Bioconductor軟件進行分析，使用Bioconductor中limma軟件包的經驗貝葉斯方法分析GSE15372數據集的差異表達基因，差異倍數在2倍以上、P小于0.01的基因被認為是差異表達基因。通過分析，GSE15372數據集獲得差異表達基因共211個，其中包括上調基因120個，下調基因91個，見表1，表2。

2.3 順鉑耐藥卵巢癌治療藥物的篩選結果 將差異表達基因載入到Enrichr輸入菜單中，應用Enrichr中的Connectivity Map平臺進行藥物分析，得到P<0.05的藥物161種，見表3。

3討論

卵巢癌在所有引起婦女死亡的惡性腫瘤中排名第五位，而在婦科腫瘤當中，是最主要的導致患者死亡的惡性腫瘤。我們從NCBI的GEO數據庫篩選出順鉑耐藥卵巢基因芯片GES15372，并通過R與Bioconductor軟件對基因芯片進行差異表達基因分析，篩選出211個差異表達基因，包括120個上調表達基因及91個下調表達基因。再通過生物信息學方法對差異表達基因進行Enrichr的CMap分析，以挖掘順鉑耐藥卵巢癌潛在治療藥物。對篩選出的藥物進行整合分析，利用PubMed 醫學文獻數據庫對篩選出來的藥物進行調研，確定對順鉑耐藥有作用的候選藥物有血根堿，近幾年有研究發現血根堿在多種腫瘤中均有抗腫瘤作用，但目前國內外均未見血根堿對卵巢癌、耐藥卵巢癌的作用及相關機制研究的報道，因此選擇血根堿作為研究藥物繼續研究。

血根堿（Sanguinarine）是從博落回中分離出來的異喹啉類生物堿中的苯并菲啶類生物堿，主要存在于白屈菜的全草，紫堇的塊、根等，是我國歷史悠久的傳統藥物之一。目前已發現血根堿的抗腫瘤作用，Tsukamoto H、Le JS分別報道血根堿通過激活caspase誘導口腔鱗癌細胞及HT-29人結腸癌細胞發生凋亡。sun等則報道血根堿通過抑制信號轉導與轉錄激活因子3（Signal transducer and activator of transcription3，Stat3）在酪氨酸705（Tyr705）和絲氨酸727（Ser727） 位點的磷酸化而抑制前列腺癌細胞的生長、遷移和侵潤。同時Pica等報道血根堿有抑制小鼠結腸腫瘤生長及血管生成的作用。上述研究顯示血根堿在多種腫瘤中有抗腫瘤的效應，但國內外均未見血根堿對卵巢癌、耐藥卵巢癌的作用及相關機制研究的報道。因此，我們選擇血根堿為研究藥物，接下來的研究將繼續血根堿對順鉑耐藥的卵巢癌的抗腫瘤作用及期可能的作用機制研究，為血根堿在耐藥卵巢癌中的臨床應用提供理論及實驗依據。

基于生物信息學技術的基因表達譜分析，我們得到了順鉑耐藥卵巢癌的差異表達基因，并挖掘出了順鉑耐藥卵巢癌的潛在治療藥物。本研究對進一步深入研究順鉑耐藥卵巢癌的治療等具有重要意義。然而，本研究僅從生物信息學角度挖掘了順鉑耐藥卵巢癌的潛在治療藥物，仍需更深入的研究并通過進一步的實驗驗證。

參考文獻：

[1]Siegel R， Ma J，Zou Z，et al.Cancer statistics[J].CA Cancer J Clin，2014，64（1）：9-29.

[2]Dasari S1，Tchounwou PB2.Cisplatin in cancer therapy： molecular mechanisms of action [J].Eur J Pharmacol，2014，5（74）：364-378.

[3]Liu X，Gao Y，Lu Y，et al.Oncogenes associated with drug resistance in ovarian cancer[J].Cancer Res Clin Oncol，2014，10（5）：1432-1435.

編輯/孫杰