基于生物信息學分析SLC19A3基因在乳腺癌中的表達意義及蟾毒靈的干預研究

李丹 余濤 李景 張帆 曾俊芬 彭燕

[摘要] 目的 分析可溶性載體SLC19A3基因在乳腺癌中的表達及臨床意義，并探討蟾毒靈（Bufalin）對乳腺癌細胞中SLC19A3基因的干預作用。 方法 檢索Oncomine和GEO數據庫中從建庫至今有關乳腺癌和Bufalin干預乳腺癌的數據集，對所獲取的數據資料進行數據挖掘，分析SLC19A3基因在乳腺癌組織和正常乳腺組織中的表達情況，及其與預后的關系。同時分析Bufalin對乳腺癌細胞中SLC19A3基因表達水平的影響，并結合文獻資料綜合分析。 結果 對Oncomine數據庫中共收集的9項關于乳腺癌和乳腺正常組織SLC19A3基因有差異表達的研究數據集進行分析，發現乳腺癌組織中SLC19A3基因的表達明顯高于乳腺正常組織，差異有統計學意義（P < 0.05）。通過生存分析發現低表達SLC19A3基因的乳腺癌患者無病生存期明顯短于高表達者，高表達患者的預后更好（P < 0.05）。通過挖掘GEO數據庫中的數據集GSE85871發現Bufalin能夠上調乳腺癌細胞SLC19A3基因的表達（P < 0.01）。 結論 SLC19A3基因在乳腺癌組織中呈現低表達，并與乳腺癌患者的預后相關，該基因可能是Bufalin干預乳腺癌細胞的一個新靶點。

[關鍵詞] 蟾毒靈；乳腺癌；SLC19A3基因；數據挖掘

[中圖分類號] R735.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）06（b）-0012-05

[Abstract] Objective To analyze the expression and its clinical significance of SLC19A3 gene in breast cancer and to explore the effects of Bufalin on the expression of SLC19A3 in breast cancer cells. Methods The datasets about breast cancer and effects of Bufalin on breast cancer cell were retrieved from Oncomine and GEO database， and the datasets were deeply mined and analyzed with literature. SLC19A3 mRNA expression between normal group and breast cancer group as well as correlation with prognosis were analyzed. Meanwhile， the effect of Bufalin on the expression level of SLC19A3 gene in breast cancer cells was also analyzed. Results The expression of SLC19A3 gene in breast cancer tissues was significantly higher than that of breast normal tissues through mining and analyzing the 9 datasets about SLC19A3 gene in breast carcinoma from Oncomine database （P < 0.05）. Survival analysis showed that the disease-free survival of breast cancer patients with higher expression of SLC19A3 gene was significantly better than the patients with lower expression of SLC19A3， and the prognosis of patients with high expression of SLC19A3 gene was better （P < 0.05）. Finally， the mRNA expression of SLC19A3 gene was up-regulated by Bufalin in the datasets of GSE85871 through mining the GEO database （P < 0.01）. Conclusion SLC19A3 gene is under-expressed in breast cancer and its expression level is related to the prognosis of breast cancer， which may be a new target of effects of Bufalin on breast cancer cells.

[Key words] Bufalin； Breast cancer； SLC19A3 gene； Data mining

硫胺素（又稱維生素B1）是維持機體細胞能量和代謝所必需的維生素之一。由于其親水性，硫胺素需要載體介導運輸進入細胞，以維持細胞內的硫胺素供應。可溶性載體19家族有兩個轉運體THTR1（thiamine transporter 1）和THTR2（thiamine transporter 2）負責硫胺素的跨膜轉運，他們分別由SLC19A2和SLC19A3基因來編碼[1-2]。THTR1和THTR2在機體內廣泛表達，THTR1高表達于骨骼肌，負責遞送其底物如硫胺素到骨骼肌細胞，而THTR2高表達于腸道，介導腸道硫胺素的吸收[3-5]。在低氧應激的狀況下，HIF-1α可直接結合并激活SLC19A3的表達，從而來調節硫氨素的轉運來調節細胞的穩態[6]。另外，研究表明SLC19A3在急性、慢性缺氧條件下表達升高[7]。Liu等[8]在MDA231乳腺癌移植瘤鼠體內發現SLC19A3表達下調。Ng等[9]研究發現80%（12/15）乳腺癌患者SLC19A3的表達顯著下調（P < 0.05）。但是這些研究樣本例數較少，也比較零散。這些研究提示SLC19A3基因在乳腺癌中可能是一個抑癌基因，改變其被下調的狀態將有助于預后。本研究收集GEO和Oncomine數據庫中的公共數據集，并對其進行挖掘分析，以了解SLC19A3基因在乳腺癌中的表達和臨床意義。由于中醫中藥在臨床乳腺癌綜合治療中所起的作用越來越受到重視，在中醫中藥中尋求治療乳腺癌的方法和藥物不失于一條值得探尋的途徑。在分析過程中，同時發現蟾毒靈對乳腺癌細胞SLC19A3基因表達存在影響，在此一并探討，以期為從中醫藥中尋找治療乳腺癌的靶點和藥物提供思路。

1 資料與方法

1.1 數據提取

1.1.1 從Oncomine數據庫中提取數據 登陸Oncomine數據庫主頁面https：//www.oncomine.org/，首先進行注冊以獲得本數據庫的使用權限，然后根據如下篩選條件在數據庫中進行設定，用來篩選和提取所需要的目標數據。本研究在數據庫檢索界面輸入篩選條件：①cancer type：breast cancer；②gene：SLC19A3；③data type：mRNA或DNA；④analysis type：cancer vs. normal analysis。

1.1.2 從GEO數據庫中提取數據 在PubMed主界面https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/搜索欄中找到GEO datasets，根據如下篩選條件在對應檢索欄輸入“Bufalin”，“Organism”設置為“Homo sapiens”來查找符合條件的數據集并下載。

1.2 觀察指標

比較SLC19A3基因在乳腺癌組織和正常乳腺組織中的表達情況，及其與預后的關系。分析Bufalin干預乳腺癌細胞后對SLC19A3基因表達水平的影響。

1.3 統計學方法

所有統計學分析處理采用SPSS 20.0軟件進行，作圖采用Graphpad Prism 5.0軟件進行，計量資料比較采用t檢驗。采用GEO數據庫網站自帶的GEO2R分析基因表達譜中的具有差異表達的基因。采用Kaplan-Meier方法計算SLC19A3表達與乳腺癌預后的關系。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 SLC19A3在乳腺癌中的總體表達情況

利用Oncomine數據庫篩選有關乳腺癌基因差異表達的研究，設置相應的篩選條件后可見，自2001年起共有9項研究涉及SLC19A3在乳腺癌和正常組織中的表達，共包括2484例標本。文章分別發表于Nature[10]、TCGA、Proc Natl Acad Sci USA[11]、Breast Cancer Res Treat[12]等國際權威雜志。Oncomine數據庫中對這9項研究結果數據集進行二次分析發現，與對照組相比，SLC19A3在乳腺癌中呈現低表達，且差異有統計學意義（P < 0.05）。見圖1（封四）。

2.2 不同數據集中SLC19A3基因在乳腺癌和正常乳腺組織中的表達差異

Oncomine數據庫中SLC19A3在不同乳腺癌研究數據集中的表達結果見圖2。研究顯示在Curtis等[10]、TCGA、Radvanyi等[11]、Glück等[12]這9項研究數據集中，SLC19A3在乳腺癌中的表達量均顯著低于正常乳腺組織（P < 0.05）。表1為該9項不同研究中對應的SLC19A3低表達倍數和對應的P值。

2.3 SLC19A3基因與乳腺癌患者預后的相關性

利用上述數據庫挖掘的生存信息，采用Kaplan-Meier法分析發現，SLC19A3基因的表達水平與乳腺癌患者生存預后之間存在相關性，低表達SLC19A3基因的乳腺癌患者無病生存期明顯差于高表達患者，高表達患者的預后更好（P < 0.05）。見圖3。

2.4 蟾毒靈對乳腺癌細胞SLC19A3基因表達的影響

通過分析GEO數據庫中的數據集GSE85871，其中有關Bufalin作用于乳腺癌MCF7細胞的基因表達譜，從中提取探針號為220736_at的SLC19A3基因表達數據，t檢驗分析干預組和對照組之間的基因表達差異，發現Bufalin能夠上調乳腺癌MCF7細胞SLC19A3基因的表達（P < 0.01）。見圖4。

3 討論

目前對SLC19A3基因的研究相對較少，但總結已有的研究結果不難發現該基因在腫瘤治療和診斷領域的潛在價值。首先在治療領域，SLC19A3基因作為抑癌基因，能夠影響腫瘤細胞的增殖和侵襲能力。Cheuk等[13]研究發現促癌因子前列腺素受體2（EP2）能夠下調SLC19A3表達，當用siRNA下調EP2表達或者用EP2受體拮抗劑（AH6809）后，乳腺癌細胞的增殖和侵襲能力顯著降低，而且伴隨基質金屬蛋白酶（MMP-2和MMP-9）的表達降低。如果過表達SLC19A3基因則細胞增殖、侵襲能力和基質金屬蛋白酶的表達均降低。可見，SLC19A3基因的表達可以抑制乳腺癌細胞的增殖、侵襲和轉移。其次在診斷領域，SLC19A3啟動子甲基化檢測有望發展為腫瘤早期診斷的生物標志物。Ikehata等[14]在所研究的四種結腸癌細胞中，當使用DNA甲基化試劑和/或組蛋白去乙酰化試劑后，SLC19A3基因的mRNA水平顯著下調。Ng等[9]發現與非腫瘤組織相比，乳腺癌組織中SLC19A3基因表達被顯著下調，而SLC19A3基因啟動子的甲基化率卻顯著升高（P < 0.05）。另外，Liu等[15]發現胃癌中SLC19A3啟動子甲基化介導了其在胃癌中的表達被下調，故推測SLC19A3啟動子甲基化可作為早期胃癌發生發展的生物標志物。

本研究為進一步探索SLC19A3基因在乳腺癌中的表達和作用，利用數據挖掘的方法分析SLC19A3基因在乳腺癌中的表達情況，以避免因研究方法、樣本量和人群的差異導致的結論偏頗。本研究通過深度挖掘Oncomine數據庫中收錄的乳腺癌基因表達譜數據，納入9項研究數據集共包括2539例標本，結果發現SLC19A3基因在乳腺癌組織中的表達明顯低于癌旁組織。再通過Kaplan-Meier方法分析生存數據發現，SLC19A3基因低表達的乳腺癌患者無病生存期明顯短于高表達者，即高表達患者的預后更好。結合諸多學者已有的研究結果可推知SLC19A3在乳腺癌的發展中起抑癌基因的作用，有望成為乳腺癌治療的新靶點和預后的新標志。

目前中醫藥在乳腺癌綜合治療中發揮著不可替代的作用。蟾酥為蟾蜍科動物中華大蟾蜍或黑框蟾蜍的耳后腺及皮膚腺分泌的白色漿液，經加工干燥而成，性甘辛、溫（也有醫書提出蟾酥味為辛涼），有毒，能解毒、消腫、強心、止痛，治療瘡、癰疽、發背等癥[16-17]。研究證實蟾酥抗癌有效成分多為脂溶性化合物，其中蟾毒靈，華蟾毒配基，酯蟾毒配基含量較多，活性較強，具有高效低毒的特點?，F代藥理研究表明其脂溶性成分不僅具有抗腫瘤的作用，同時還能增加機體對放化療的耐受性，降低化療藥的毒副作用，并降低癌痛發生率和提高機體免疫力。本研究中關注的Bufalin是中藥蟾酥的有效成分。Bufalin可通過抑制AKT的活化、上調p38的活化與紫杉醇協同抑制乳腺癌細胞增殖，誘導細胞凋亡[18-20]，還可通過抑制順鉑誘導的Met和Src活化，與順鉑協同抑制MCF-7細胞增殖[21]。此外，Bufalin可通過下調cFLIP和XIAP的表達增強TRAIL誘導的乳腺癌MDA-MB-231細胞凋亡[22-23]。這些研究均表明Bufalin可能通過多個靶點發揮抗乳腺癌作用。

本研究發現Bufalin能夠上調乳腺癌MCF7細胞SLC19A3基因的表達。這個結果提示SLC19A3基因可能是Bufalin作用于乳腺癌的新靶點，并結合文獻資料推測可能存在的新抗腫瘤機制。通過中藥組分的基因表達譜資料探索藥物的新機制和新靶點對于中醫藥研究人員來說是非常方便有效的方法。本研究包含了目前為止最大的樣本量，并且所有數據均來自基因芯片，研究方法一致，因此極大地增加了結論的可信度，將為乳腺癌治療藥物的開發提供重要的理論依據和借鑒思路。后續有待于通過進一步的實驗室和臨床研究進行驗證。

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