CENPW在泛癌中的免疫及甲基化相關性生物信息學分析

侯青 崔衍東 崔曉晗

摘要：本研究擬通過生物信息學的方法探究CENPW蛋白是否可以應用于泛癌的診斷、治療及預測患者預后情況。

關鍵詞：著絲粒蛋白W;泛癌 ;生物信息學;免疫;甲基化

【中圖分類號】R-1 ?【文獻標識碼】A ?【文章編號】1673-9026（2020）09-179-02

作為困擾人類多個世紀的致命疾病，癌癥正逐漸成為全球范圍內最常見的死亡原因之一，其發病率和死亡率仍在逐年快速增長[1]。據估計，2018年全世界有超過1810萬例新癌癥病例，超過960萬例與癌癥相關的死亡。迄今為止，早期診斷和治療仍然是提高許多癌癥的預后甚至治愈的最有效方法。但是，對于晚期癌癥患者，應用分子靶向治療或免疫治療在內的多種治療均未取得令人鼓舞的結果。因此，發現可以早期診斷和治療腫瘤的有效生物標志物將有效改善患者的預后。

1.1臨床相關性和預后分析

根據基因表達譜數據，將所有患者分為CENPW表達高和CENPW表達低的患者。使用Kaplan-Meier生存曲線比較高和低KIF20A表達組之間的預后差異，包括：總生存期（Overall survival，OS），疾病特異性生存期（Disease-specific survival，DSS），無病間隔（Disease-free interval，DFI），無進展間隔（Progression-free interval，PFI）。此外，臨床相關的的信息也被用來分析這兩組之間的臨床相關差異。數據閾值均被設置為P <0.05。

1.2CENPW分析腫瘤突變負荷，微衛星不穩定性和腫瘤微環境

使用perl代碼計算33種腫瘤樣品的腫瘤突變負荷得分。使用Spearman分析確定泛癌中CENPW與腫瘤突變負荷之間的相關性。微衛星不穩定性的數據以“bam”文件的形式從TCGA下載。同時，分析了CENPW與微衛星不穩定性之間的相關性。然后，利用ESTIMATE軟件包計算33種腫瘤的基質和免疫評分。

1.3與CENPW在泛癌中共表達的基因

在共表達區間為COR：-0.5-07和P <0.05的篩選條件下，分析了33個腫瘤中47個免疫相關基因與CENPW之間的相關性。 并把共表達結果呈現在熱圖中。

1.4基因集富集分析

使用GSEA（Gene Set Enrichment Analysis）v4.0.1進行GO（Gene Ontology）分析，以研究CENPW在33種腫瘤中的生物學功能。 臨界值為FDR <0.25和NOM P值<0.05。

2 結果

2.1 CENPW mRNA水平和臨床病理特征在泛癌中和相應的正常組織中有顯著差異。

首先，通過R語言比較了33個腫瘤組織和相應正常組織中CENPW中的表達的差異，發現在大多數類型的腫瘤中KIF20A的表達都呈現不同程度的升高。腫瘤組織中CENPW與周圍組織中mRNA水平有顯著差異的腫瘤類型被總結在圖1中。其次，驗證了高低表達組CENPW患者的預后差異：在許多腫瘤中，CENPW高表達與不良OS，DSS，DFI和PFI相關。在OS，DSS，DFI和PFI的分析結果中。

2.2 泛癌中與CENPW相關的免疫浸潤細胞的分析

腫瘤浸潤性淋巴細胞是癌癥前哨淋巴結狀態和存活的獨立預測因子。免疫細胞與CENPW相關性分析中，我們主要列舉了B細胞，CD4+T細胞，CD8+T細胞 ，樹突狀（dendritic）細胞，巨噬細胞（macrophages）和中性粒細胞（neutrophils）。其中，CENPW在三種腫瘤中與免疫浸潤細胞的相關性最緊密，包括：腎透明細胞癌（Kidney renal clear cell carcinoma，KIRC），肝細胞肝癌（Liver hepatocellular carcinoma，LIHC）和肺鱗癌（Lung squamous cell carcinoma，LUSC）。在腎透明細胞癌中，CENPW的表達水平與B細胞，CD4+T細胞，CD8+T細胞 ，樹突狀細胞，巨噬細胞和中性粒細胞均呈正相關，且結果具有顯著意義。在肝細胞肝癌中，CENPW的表達水平被與上調的B細胞，CD4+T細胞，CD8+T細胞 ，樹突狀細胞，巨噬細胞和中性粒細胞浸潤程度聯系起來。而在肺鱗癌中，CENPW則與B細胞，CD4+T細胞，CD8+T細胞 ，樹突狀細胞，巨噬細胞和中性粒細胞的浸潤程度呈負性相關。

2.3 泛癌中與CENPW相關的腫瘤微環境分析

我們利用基質評分，免疫評分和ESTIMATE評分綜合評價CENPW在泛癌中與腫瘤微環境的相關性，并列舉了每種評分中相關性最顯著的三種腫瘤類型（圖4）。在甲狀腺癌 （Thyroid carcinoma，THCA）和腎透明細胞癌中，CENPW的表達水平與基質評分呈正相關。相反，肺鱗癌的患者中，CENPW與基質評分呈負相關。甲狀腺癌、腎透明細胞癌和前列腺癌 （Prostate adenocarcinoma，PRAD）的背景下，CENPW的表達水平與免疫評分均呈正相關。而甲狀腺癌和腎透明細胞癌的ESTIMATE評分與CENPW的表達水平呈正相關。而在肺鱗癌中，CENPW的表達被與下調的ESTIMATE評分聯系起來。

2.4 CENPW與免疫檢查點基因在泛癌中的共表達分析

在正常情況下，腫瘤微環境中的腫瘤細胞可以被免疫系統識別并清除，但腫瘤細胞應用不同的方式，通過抑制免疫系統，達到逃避免疫應答的作用。腫瘤免疫治療就是通過激活腫瘤-免疫循環，恢復機體正常腫瘤免疫應答，進一步抑制腫瘤發生發展或清除腫瘤。其中，單克隆抗體類免疫檢查點抑制劑作為腫瘤免疫治療的重要組成成分在33個腫瘤中，我們探索了47個免疫檢查點基因與CENPW之間的共表達關系。

2.5 CENPW的表達與腫瘤新抗原、腫瘤突變負荷和微衛星不穩定性的相關性

腫瘤新抗原即腫瘤細胞突變基因編碼的新生抗原，其主要由腫瘤細胞的基因點突變、刪除突變和基因融合等方式產生。腫瘤新抗原經過酶解之后生成多肽片段，經過處理的多肽片段的被呈遞給T細胞，此過程促使T細胞能夠特異性識別腫瘤新生抗原。其中，LUAD、BRCA、KIRC、UCEC、READ、STAD、CESC和LGG與腫瘤新抗原存在顯著相關性。腫瘤突變負荷的突變類型主要包擴單核苷酸變異、小片段插入/缺失等，其量化的主要方式為腫瘤細胞基

因組編碼區平均1Mb堿基出現的體細胞突變數量及非同義突變總數表示。我們對CENPW與泛癌中的腫瘤突變負荷應用雷達圖進行了數據可視化，BLCA、BRCA、KICH、LGG、LUAD、PAAD、PRAD、SKCM、STAD、THYM及UCS。腫瘤中存在微衛星重復插入和缺失而造成了微衛星不穩定性，在泛癌的研究背景下，我們對CENPW相關的微衛星不穩定性進行了相關性分析，發現BRCA、CESC、HNSC、LIHC、LUSC、READ、SKCM、STAD、THCA和UCEC的結果存在顯著性意義。

2.6 CENPW在泛癌中的表達水平與DNA修復基因（MMRs）及甲基轉移酶的表達關系

DNA修復基因為細胞內的錯配修復機制，其功能失調會致使DNA復制錯誤無法被修復，增加了細胞突變的幾率。CENPW的表達在多種腫瘤中與5個DNA修復基因存在相關性。如乳腺癌中，CENPW的表達與MLH1、MSH2、MSH6、PMS2和EPCAM均存在顯著的相關性。在LUA、READ中，MLH1、MSH2、MSH6、PMS2和EPCAM與CENPW均存在正相關。而DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA結構穩定性及蛋白質相互作用的改變，進一步影響了基因表達水平。 DNA甲基化主要通過DNA甲基化轉移酶起作用，因此我們分析了CENPW與DNMT1（紅色）、DNMT2（藍色）、DNMT3A（綠色）及DNMT3B（紫色）的表達相關性。

3 討論

癌癥是世界上最重要的公共衛生問題之一，人口老齡化、人口的快速增長和致癌因素的增加等因素使癌癥的發病率正在以驚人的速度惡化。到目前為止，發生率最高的三大惡性腫瘤是肺癌（182萬），乳腺癌（167萬）和結直腸癌（136萬）。值得注意的是，死亡人數最多的惡性腫瘤是肺癌（160萬例死亡），肝癌（745，000例死亡）和胃癌（723，000例死亡）。轉移和復發是導致腫瘤患者死亡的兩個重要因素。因此，尋找有效的預防策略，診斷方法和治療方法以改善惡性腫瘤患者的生存期至關重要。腫瘤發生分子機制的研究有助于發現新的生物標志物，以便于有效地預防腫瘤的發生、及時診斷腫瘤和提供有效的分子治療靶點最終改善患者的生存期。

總之，CENPW在泛癌中起重要作用，并且可能影響多種腫瘤的發生或發展。 此外，CENPW與免疫及甲基化的相關研究有望成為一個研究熱點。

參考文獻

[1]吳淼經，汲乾坤，范陽華，呂世剛，葉敏華，吳雷，祝新根.著絲粒蛋白W在腦膠質瘤中的表達及其對侵襲的作用[J].西安交通大學學報（醫學版），2016，37（03）：388-392.

作者單位：

1.肥城市第二人民醫院 ?外科 ?泰安 ?271605 ?2.肥城市第二人民醫院 ?內科 ?泰安 ?271605

3.南京醫科大學 ?南京 ?211166