KIF4A在乳腺癌中的功能分析及臨床意義

吳玨堃 熊志勇

【摘要】 目的 研究KIF4A基因在乳腺癌中的表達(dá)情況，并探討其可能的作用機(jī)制及表達(dá)差異與預(yù)后的關(guān)系。方法 從腫瘤基因組圖譜（TCGA）數(shù)據(jù)庫收集乳腺癌數(shù)據(jù)集，下載KIF4A基因表達(dá)譜資料，相對(duì)表達(dá)量的中位數(shù)為5.77，以5.77為節(jié)點(diǎn)將乳腺癌患者分為KIF4A高表達(dá)組與KIF4A低表達(dá)組，分析其與病例特征的關(guān)系;利用Kaplan?Meier Plotter分析KIF4A與乳腺癌患者預(yù)后的相關(guān)性。結(jié)果 KIF4A在乳腺癌組織中的表達(dá)明顯高于正常乳腺組織及乳腺細(xì)胞（P<0.01），KIF4A主要分布于細(xì)胞核和細(xì)胞骨架中，KEGG通路分析和GO功能分析顯示KIF4A與細(xì)胞周期、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、P53信號(hào)通路、細(xì)胞分裂、端粒維持重組等功能有關(guān)。KIF4A與Ki67的表達(dá)高度正相關(guān)（P<0.001），預(yù)后分析表明KIF4A表達(dá)越高，乳腺癌患者總生存時(shí)間和無復(fù)發(fā)生存時(shí)間更短（P<0.001）。KIF4A的表達(dá)與淋巴結(jié)陰性乳腺癌的總生存率具有負(fù)相關(guān)性（P<0.001），而與淋巴結(jié)陽性乳腺癌的總生存率則不相關(guān)。結(jié)論 在乳腺癌中，KIF4A高表達(dá)并且和患者的預(yù)后相關(guān)，KIF4A在乳腺癌的發(fā)生中可能起著重要作用。

【關(guān)鍵詞】 乳腺癌;功能分析;KIF4A;預(yù)后

【Abstract】 Objective? To investigate the expression level of KIF4A gene in breast cancer，explore the potential mechanism and unravel the relationship between the expression difference and clinical prognosis. Methods? Data sets of breast cancer patients were collected from The Cancer Genome Atlas （TCGA） database and the expression profile of KIF4A gene was downloaded. The median relative expression level was 5.77. All participants were divided into the high? and low?expression groups according to the value of 5.77. The relationship between KIF4A gene expression and clinical characteristics was analyzed. Kaplan?Meier plot was utilized to analyze the correlation between KIF4A gene and clinical prognosis of breast cancer patients. Results? The expression level of KIF4A in the breast cancer tissues was significantly higher than that in the normal breast tissues and cells （P<0.01）. KIF4A was mainly distributed in the nucleus and cytoskeleton. KEGG pathway analysis and GO function analysis demonstrated that KIF4A was associated with cell cycle，RNA transport，P53 signaling pathway，cell division，telomere maintenance and recombination，etc. The KIF4A was positively correlated with the expression of Ki67 （P<0.001）. Prognostic analysis revealed that the higher the expression of KIF4A，the shorter the overall survival and recurrence?free survival time of breast cancer patients （P<0.001）. The expression of KIF4A was negatively correlated with the overall survival rate of patients diagnosed with lymph node?negative breast cancer （P<0.001），whereas it was not associated with that of their counterparts with lymph node?positive breast cancer. Conclusion? KIF4A is highly expressed in breast cancer patients and is associated with clinical prognosis. KIF4A may play a pivotal role in the incidence of breast cancer.

【Key words】 Breast cancer;Functional analysis;KIF4A;Prognosis

乳腺癌是女性常見、病死率高的惡性腫瘤之一[1]。乳腺癌的發(fā)生與遺傳、激素影響、生活方式等因素相關(guān)，但其具體發(fā)病機(jī)制尚未明確。乳腺癌的發(fā)生發(fā)展過程復(fù)雜，涉及多條信號(hào)通路[2]。其中驅(qū)動(dòng)蛋白家族蛋白（KIF）作為在有絲分裂中沿著微管轉(zhuǎn)運(yùn)染色體的工具分子在乳腺癌的疾病進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用[3]。KIF是一類馬達(dá)蛋白，利用ATP水解釋放的能量，使其自身及轉(zhuǎn)運(yùn)的貨物沿微管運(yùn)動(dòng)，參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞的分裂并信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，其家族有14個(gè)發(fā)揮著不同功能的成員，其中KIF4A可在染色體收縮和有絲分裂的機(jī)械隔離中發(fā)揮作用[4]。研究表明，KIF4A與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[5?9]。阿霉素可誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞系凋亡，其機(jī)制可能涉及下調(diào)KIF4A進(jìn)而導(dǎo)致DNA修復(fù)酶聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶?1（PARP?1）上調(diào)[10]。但是對(duì)KIF4A基因在乳腺癌中的表達(dá)及具體機(jī)制仍未明確，在本研究中，筆者通過腫瘤基因組圖譜TCGA數(shù)據(jù)庫，研究KIF4A在乳腺癌中的表達(dá)及其對(duì)預(yù)后的影響，并分析其在乳腺癌中可能的生物功能，為進(jìn)一步研究KIF4A在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制提供線索和思路。

材料與方法

一、 數(shù)據(jù)收集

利用Bioconductor/TCGAbiolinks函數(shù)包從腫瘤基因圖譜TCGA數(shù)據(jù)庫下載并預(yù)處理乳腺癌數(shù)據(jù)集的mRNA表達(dá)數(shù)據(jù)，在人類蛋白圖譜數(shù)據(jù)庫中驗(yàn)證KIF4A蛋白在乳腺癌中的表達(dá)水平，利用Kaplan?Meier Plotter在線分析KIF4A與乳腺癌患者預(yù)后的相關(guān)性。利用Chipbase在線分析基因表達(dá)相關(guān)性。

二、KIF4A的相關(guān)基因分析

通過TCGA數(shù)據(jù)庫分析KIF4A基因在乳腺癌組織中具有相關(guān)性的基因群，設(shè)置相關(guān)系數(shù)>0.4或<-0.4，篩選出638個(gè)基因，進(jìn)一步通過DAVID分析軟件對(duì)KIF4A具有相關(guān)性的基因群進(jìn)行KEGG和GO分析。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 17.0分析數(shù)據(jù)。計(jì)量資料以x±s表示，2組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，基因表達(dá)之間的關(guān)系采用Pearson相關(guān)分析，生存分析采用Kaplan?Meier Plotter。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一、KIF4A基因在乳腺癌中的表達(dá)

利用TCGA數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析了KIF4A基因在113名正常人的乳腺組織、1 090例乳腺癌患者中mRNA的表達(dá)情況，KIF4A在乳腺癌中的相對(duì)表達(dá)水平為6.91±0.32，高于正常乳腺組織的相對(duì)表達(dá)水平0.33±0.07（t=5.978，P<0.01）。人類蛋白圖譜數(shù)據(jù)庫中的臨床樣本分析結(jié)果顯示，KIF4A在乳腺癌組織中的表達(dá)量高于正常乳腺組織，見圖1。

二、KIF4A基因在乳腺癌細(xì)胞內(nèi)分布情況

人類蛋白圖譜數(shù)據(jù)庫收集到乳腺癌及乳腺正常組織的免疫組織化學(xué)檢查（免疫組化）圖，結(jié)果顯示KIF4A主要分布于細(xì)胞核和細(xì)胞骨架中，見圖2。

三、KIF4A在乳腺癌中的功能分析

分析TCGA數(shù)據(jù)庫中乳腺癌的基因表達(dá)數(shù)據(jù)，采用Pearson相關(guān)分析篩選出與KIF4A表達(dá)具有正相關(guān)關(guān)系的基因563個(gè)，具有負(fù)相關(guān)關(guān)系的基因75個(gè)。進(jìn)一步通過DAVID分析軟件對(duì)KIF4A具有相關(guān)性的基因群進(jìn)行KEGG和GO分析，KEGG通路分析顯示KIF4A與DNA復(fù)制、范可尼貧血途徑、細(xì)胞周期、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、人類親T細(xì)胞病毒?1（HTLV?1）感染、嘌呤代謝、mRNA監(jiān)測途徑、病毒致癌、P53信號(hào)通路等相關(guān)，GO功能分析顯示KIF4A與細(xì)胞分裂、核分裂、DNA復(fù)制、姐妹染色單體結(jié)合、有絲分裂細(xì)胞G1/S期、有絲分裂細(xì)胞G2/M期、染色體轉(zhuǎn)移、染色體分離、重組啟動(dòng)、端粒維持重組相關(guān)。Ki67是一種增殖細(xì)胞相關(guān)的核抗原，其功能與有絲分裂密切相關(guān)，可反映腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲能力，分析乳腺癌中KIF4A? mRNA表達(dá)與Ki67表達(dá)的相關(guān)性，結(jié)果顯示它們高度相關(guān)（r =0.94、P<0.001），見圖3。

四、 KIF4A表達(dá)與乳腺癌預(yù)后的相關(guān)性

從TCGA數(shù)據(jù)庫中下載乳腺癌KIF4A mRNA表達(dá)數(shù)據(jù)和相應(yīng)腫瘤患者生存時(shí)間數(shù)據(jù)，相對(duì)表達(dá)量的中位數(shù)為5.77，以5.77為節(jié)點(diǎn)將乳腺癌患者分為KIF4A高表達(dá)組與KIF4A低表達(dá)組。利用Kaplan?Meier Plotter對(duì)這些腫瘤的數(shù)據(jù)集進(jìn)行在線生存分析。結(jié)果顯示，KIF4A的表達(dá)與乳腺癌患者的總生存率（HR=1.8、P<0.001）、無復(fù)發(fā)生存率（HR=1.75、P<0.001）有相關(guān)性，KIF4A表達(dá)越高，乳腺癌患者總生存時(shí)間和無復(fù)發(fā)生存時(shí)間更短，見圖4。因?yàn)镵IF4A可能和腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)，再進(jìn)一步分析了淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性和陰性的乳腺癌患者的總生存率和無復(fù)發(fā)生存率，結(jié)果顯示，對(duì)于無復(fù)發(fā)生存率，KIF4A的表達(dá)與淋巴結(jié)陰性（HR=1.62、P<0.001）和淋巴結(jié)陽性（HR=1.82、P<0.001）均具有相關(guān)性。但對(duì)于總生存率，KIF4A的表達(dá)與淋巴結(jié)陰性乳腺癌預(yù)后具有相關(guān)性（HR=2.16、P<0.001），而與淋巴結(jié)陽性乳腺癌無相關(guān)性（HR=1.02、P=0.920），見圖5。

討論

KIF通過微管的分子馬達(dá)蛋白可沿微管做定向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸機(jī)制中發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)也在細(xì)胞有絲分裂和維持細(xì)胞形態(tài)中起著關(guān)鍵作用[11]。KIF4A參與染色體的濃縮與分離，是有絲分裂胞質(zhì)分裂和后期紡錘體動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵因素，其參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞有絲分裂調(diào)控、DNA損傷修復(fù)、免疫細(xì)胞的活化及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等[12]。

在本研究中，筆者利用TCGA數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析了乳腺癌中KIF4A mRNA的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)KIF4A在乳腺癌中的表達(dá)明顯高于正常乳腺組織，利用人類蛋白圖譜數(shù)據(jù)庫中的樣本對(duì)KIF4A的細(xì)胞內(nèi)水平進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)KIF4A主要分布于細(xì)胞核和細(xì)胞骨架中，同時(shí)對(duì)在乳腺癌中與KIF4A表達(dá)相關(guān)的基因群進(jìn)行KEGG和GO分析，發(fā)現(xiàn)KIF4A與DNA復(fù)制、范可尼貧血途徑、細(xì)胞周期、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、HTLV?1感染、嘌呤代謝、mRNA監(jiān)測途徑、病毒致癌、P53信號(hào)通路等相關(guān)，與細(xì)胞分裂、核分裂、DNA復(fù)制、姐妹染色單體結(jié)合、有絲分裂細(xì)胞G1/S期、有絲分裂細(xì)胞G2/M期、染色體轉(zhuǎn)移、染色體分離、重組啟動(dòng)、端粒維持重組有關(guān)，這與研究表明的KIF4A主要參與細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)結(jié)果相一致[12]。

在乳腺癌原發(fā)病灶較大、有腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和國際抗癌聯(lián)盟（UICC）分期較晚者中，Ki67表達(dá)陽性可反映腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲能力強(qiáng)，惡性程度高。在浸潤性乳腺癌中發(fā)現(xiàn)Ki67與腫瘤細(xì)胞增殖及侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。因此腫瘤生長速度快、侵襲性大，轉(zhuǎn)移的機(jī)會(huì)高，預(yù)后差。Ki67高表達(dá)是乳腺癌預(yù)后不良的指標(biāo)[13]。筆者分析了乳腺癌中KIF4A和Ki67的基因表達(dá)相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者高度相關(guān)，提示KIF4A在乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移中可能具有重要的作用，其具體機(jī)制有待進(jìn)一步的研究。

生存分析表明，KIF4A的表達(dá)與乳腺癌患者的總生存率、無復(fù)發(fā)生存率均具有相關(guān)性，KIF4A表達(dá)越高，乳腺癌患者總生存時(shí)間和無復(fù)發(fā)生存時(shí)間更短。我們進(jìn)一步分析了淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性和陰性的乳腺患者的總生存率和無復(fù)發(fā)生存率，發(fā)現(xiàn)無論淋巴結(jié)陰性或陽性，KIF4A的表達(dá)與乳腺癌患者的無復(fù)發(fā)生存率均具有相關(guān)性，但是對(duì)于總生存率，KIF4A的表達(dá)與淋巴結(jié)陰性乳腺癌預(yù)后具有相關(guān)性，而淋巴結(jié)陽性乳腺癌則無關(guān)。結(jié)合KIF4A與Ki67高度相關(guān)，這提示KIF4A與腫瘤轉(zhuǎn)移高度相關(guān)，我們推測在淋巴結(jié)陽性的乳腺癌組織中，KIF4A均呈高表達(dá)，所以高表達(dá)KIF4A和低表達(dá)KIF4A的患者無明顯預(yù)后差別，而對(duì)于淋巴結(jié)陰性的乳腺癌，高表達(dá)KIF4A的乳腺癌患者生存率明顯下降，這提示KIF4A可預(yù)測淋巴結(jié)陰性的乳腺癌患者的預(yù)后，同時(shí)可預(yù)測是否有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，這與KIF4A在結(jié)直腸癌中也與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)的結(jié)論相一致[8]。

在本研究中，筆者通過生物信息學(xué)分析為KIF4A基因的功能學(xué)研究提供了基礎(chǔ)。綜上所述，KIF4A與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展有著密切相關(guān)性，對(duì)其作深入研究可進(jìn)一步揭示其在乳腺癌中的功能及作用機(jī)制，深入的研究可為腫瘤的預(yù)防和治療提供新的思路。由于KIF4A在有絲分裂中的特殊作用，選擇性抑制KIF4A的活性，進(jìn)而抑制細(xì)胞有絲分裂的過程，可能會(huì)成為新的抗腫瘤策略。

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（收稿日期：2018?09?18）

（本文編輯：洪悅民）