泛癌癥分析跨膜蛋白81的表達(dá)及預(yù)后意義①

趙小芳，莊 瑩，樊偉平，張金波，張淑紅，張 虎

(1. 江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，江蘇 鹽城 224005；2.佳木斯大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

腫瘤是一類可發(fā)源于人體的各個(gè)組織和器官，共有超過100種類型，嚴(yán)重危害人類健康的疾病。根據(jù)全球范圍的估計(jì)，2012年全世界約有1410萬(wàn)新癌癥病例，共造成約820萬(wàn)人死亡，而到2018年，中國(guó)約有430萬(wàn)新癌癥病例和290萬(wàn)新癌癥死亡[1～4]。泛癌癥研究計(jì)劃由癌癥基因圖譜組織(The Cancer Genome Atlas, TCGA)于2012年發(fā)起，該研究依靠多組學(xué)高通量數(shù)據(jù)庫(kù)信息挖掘，發(fā)現(xiàn)各腫瘤間的異同，為后續(xù)腫瘤的診斷、預(yù)后等治療方案提供指導(dǎo)意義[5,6]。前期研究中發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌中跨膜蛋白81(Transmembrane Protein 81，TMEM81)高表達(dá)，且不利于預(yù)后[7]。但是其表達(dá)變化在其他腫瘤研究中鮮有報(bào)道。本文通過泛癌癥分析TMEM81在各腫瘤中的表達(dá)變化、預(yù)后意義和可能的作用機(jī)制。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1 癌癥基因圖譜組織門戶網(wǎng)站UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu)[8]可訪問來(lái)自 TCGA 數(shù)據(jù)庫(kù)31種癌癥類型的3級(jí)RNA測(cè)序和臨床數(shù)據(jù)，可以查詢靶基因腫瘤和正常組織間、各腫瘤亞組間的差異表達(dá)，并評(píng)估其對(duì)患者預(yù)后生存率的影響。

1.1.2 靶分子TMEM81共表達(dá)基因來(lái)自于癌癥多組學(xué)分析數(shù)據(jù)平臺(tái)LinkedOmics(http://linkedomics.zhang-lab.org/admin.php)[9]，該平臺(tái)包含所有32種TCGA癌癥類型，可進(jìn)行基因組學(xué)、表達(dá)譜和甲基化等多種組學(xué)數(shù)據(jù)的分析。

1.1.3 DAVID Bioinformatics Resources 6.8(https://david.ncifcrf.gov/)[10]軟件分析上述共表達(dá)交集基因進(jìn)行基因本體(GO)和KEGG分析。

1.2 分析方法

1.2.1 打開UALCAN，點(diǎn)擊“Analysis”，選擇“Scan my genes”，輸入“TMEM81”，分析并下載結(jié)果。

1.2.2 登錄LinkedOmics網(wǎng)站首頁(yè)，癌癥類型分別選擇“TCGA_BRCA”、“TCGA_LIHC”、“TCGA_LUAD”、“TCGA_HNSC”檢索數(shù)據(jù)集選擇“HiSeq RNA”，輸入基因“TMEM81”，數(shù)據(jù)集選擇“HiSeq RNA”，統(tǒng)計(jì)方法選擇“Spearman Correlation test”，下載結(jié)果，取交集后，利用DAVID 6.8進(jìn)行GO和KEGG分析，并下載結(jié)果作圖。

2 結(jié)果

2.1 分析TMEM81的表達(dá)差異

肝臟肝細(xì)胞癌、肺腺癌、食道癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺鱗狀細(xì)胞癌、直腸癌和膽管癌中TMEM81基因表達(dá)較各自正常組織顯著上調(diào)(P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01)(圖1A-G)。

圖1 TMEM81在肝臟肝細(xì)胞癌、肺腺癌、食道癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺鱗狀細(xì)胞癌、直腸癌和膽管癌及其癌旁組織中的差異表達(dá)

2．2 分析TMEM81的表達(dá)與預(yù)后關(guān)系

TMEM81高表達(dá)不利于乳腺癌、肝臟肝細(xì)胞癌、肺腺癌、腎透明細(xì)胞癌、葡萄膜黑色素瘤、腎上腺皮質(zhì)癌和急性髓樣白血病的預(yù)后(P<0.001、P=0.009、P<0.001、P=0.012、P<0.001、P=0.008)(圖1A-F)。

圖2 TMEM81高表達(dá)分別與肝臟肝細(xì)胞癌、肺腺癌、腎透明細(xì)胞癌、葡萄膜黑色素瘤、腎上腺皮質(zhì)癌和急性髓樣白血病的預(yù)后關(guān)系

2.3 分析靶分子TMEM81共表達(dá)基因及基因功能富集分析

通過泛癌癥分析TMEM81高表達(dá)不利于預(yù)后的乳腺癌( BRCA)、肺腺癌( LUAD)、肝臟肝細(xì)胞癌(LIHC)和TMEM81高表達(dá)的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(HNSC)中與TMEM81共表達(dá)基因，取交集，得到194個(gè)共表達(dá)基因。DAVID 6.8 進(jìn)行生物信息學(xué)分析，結(jié)果顯示TMEM81共表達(dá)的基因主要定位在細(xì)胞核、核質(zhì)、高爾基復(fù)合體膜等(圖3A)；生物學(xué)過程分析結(jié)果顯示其蛋白主要參與RNA聚合酶II啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)磷酸化、血液凝固，胚胎發(fā)育后期等(圖3B)，分子功能分析顯示這些蛋白主要與多聚腺苷酸(poly A)RNA、核酸、RNA、核苷酸結(jié)合，具有蛋白激酶活性、與雌激素受體結(jié)合等功能(圖3C)；KEGG信號(hào)通路分析結(jié)果顯示TMEM81共表達(dá)基因參與的信號(hào)通路主要為介導(dǎo)癌癥中的轉(zhuǎn)錄失調(diào)(圖3D)。

圖3 TMEM81共表達(dá)蛋白GO和KEGG信號(hào)通路分析

3 討論

目前，腫瘤仍是全球范圍內(nèi)重要的公共健康安全問題[11]，泛癌癥分析依托各高通量多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過信號(hào)通路分析、蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析及聚類分析等一系列生物信息分析手段，研究各腫瘤之間的相似性與差異性，進(jìn)而揭示各腫瘤在發(fā)生發(fā)展過程中分子表達(dá)譜、臨床預(yù)后、復(fù)發(fā)等方面異同[12～14]。腫瘤相似性的研究就是發(fā)現(xiàn)不同類型腫瘤間的共同特點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)，相比較而言，不同來(lái)源的腫瘤間其分子水平的相似度可能比同種腫瘤之間的分子水平相似度更高[15]。腫瘤間分子水平相似性對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制認(rèn)識(shí)的加深和優(yōu)化腫瘤臨床治療方案與藥物篩選有積極意義。因此，通過泛癌癥分析發(fā)現(xiàn)腫瘤間的差異性和相似性對(duì)腫瘤的診斷、治療和預(yù)后具有指導(dǎo)意義[6 ]。

本文通過泛癌癥分析，首次發(fā)現(xiàn)在肝臟肝細(xì)胞癌、肺腺癌、食道癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺鱗狀細(xì)胞癌、直腸癌和膽管癌患者TMEM81均呈高表達(dá)，提示TMEM81參與多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程。TMEM81是跨膜蛋白(Transmembrane Protein, TMEM)家族的一員，TMEM家族成員在細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)、免疫相關(guān)疾病以及腫瘤發(fā)生、發(fā)展等過程中發(fā)揮重要作用[16 ]。對(duì)TMEM81進(jìn)行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，該基因位于1號(hào)染色體上，編碼含有251個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，主要定位于細(xì)胞膜，在全血、白細(xì)胞和淋巴結(jié)中高表達(dá)，成熟狀態(tài)的蛋白質(zhì)分子量為28.5 KD，含有免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)域，由此推測(cè)其在人免疫相關(guān)疾病以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中也起到重要作用。因此，TMEM81可能通過增加其表達(dá)，參與腫瘤免疫過程進(jìn)而影響癌癥的發(fā)生和進(jìn)展。

本文還發(fā)現(xiàn)TMEM81高表達(dá)均不利于肝臟肝細(xì)胞癌、肺腺癌、腎透明細(xì)胞癌、葡萄膜黑色素瘤、腎上腺皮質(zhì)癌和急性髓樣白血病的預(yù)后。鑒于TMEM81高表達(dá)均不利于上述六種癌癥的預(yù)后，推測(cè)TMEM81發(fā)揮相似功能，很可能對(duì)在腫瘤進(jìn)程中十分必要，具有進(jìn)一步研究的價(jià)值。

最后，本文通過癌癥多組學(xué)和臨床數(shù)據(jù)庫(kù)LinkedOmics獲得在乳腺癌、肺腺癌、肝臟肝細(xì)胞癌和頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中與TMEM81共表達(dá)的基因，并進(jìn)行了GO和KEGG生物信息學(xué)分析，結(jié)果顯示TMEM81共表達(dá)基因主要定位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和高爾基復(fù)合體膜上，通過RNA、核酸結(jié)合以及發(fā)揮蛋白激酶活性，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)控和蛋白磷酸化修飾等生物學(xué)過程。而TMEM81基因本身表達(dá)蛋白定位于細(xì)胞膜，其共表達(dá)基因多定位于細(xì)胞核，存在兩種解釋:①EM81作為膜蛋白，介導(dǎo)細(xì)胞外信號(hào)傳至細(xì)胞內(nèi)，調(diào)節(jié)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄；②共表達(dá)基因?yàn)門MEM81表達(dá)的上游基因，調(diào)節(jié)TMEM81基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白的修飾和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而發(fā)揮TMEM81的功能。

盡管不同癌癥發(fā)病率，取樣難度以及研究深入情況不一致，但是通過泛癌癥分析，可以將研究比較深入的機(jī)制和有效藥物，通過相同靶點(diǎn)用于不同癌癥，認(rèn)識(shí)發(fā)病率較低的癌癥發(fā)生和轉(zhuǎn)移機(jī)制；靶分子是一個(gè)膜蛋白，并且不利于患者預(yù)后，在治療角度考慮，可以設(shè)計(jì)特異性抗體，嘗試阻斷靶分子的功能，達(dá)到治療和預(yù)防遷移和復(fù)發(fā)的可能；現(xiàn)在腫瘤治療藥物的開發(fā)已經(jīng)跨越腫瘤組織類型的界限，針對(duì)泛癌癥分析的靶分子，特定藥物就可以治療多種不同組織來(lái)源的癌癥。

總之，我們希望泛癌癥研究能發(fā)現(xiàn)腫瘤間共同的診斷和預(yù)后標(biāo)志物，在協(xié)助腫瘤篩查、診斷、監(jiān)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移、評(píng)估腫瘤預(yù)后和評(píng)價(jià)療效等方面發(fā)揮重要的作用[17,18 ]。本文發(fā)現(xiàn)TMEM81在6種癌癥中均有高表達(dá)和不利于臨床預(yù)后，說明其可能作為潛在的腫瘤預(yù)后標(biāo)志物。后續(xù)工作將繼續(xù)通過臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，研究在癌癥中TMEM81的具體共同作用機(jī)制，為干預(yù)腫瘤發(fā)生和發(fā)展提供潛在靶點(diǎn)和研究新思路。