SMARCAD1對(duì)胃癌患者的預(yù)后價(jià)值及其功能的生物信息學(xué)分析

曹會(huì) 沈赟 張瑋 謝怡萍

摘要：目的：利用生物信息學(xué)分析SMARCAD1與胃癌患者預(yù)后之間的關(guān)系，并預(yù)測(cè)其是否參與胃癌的發(fā)生發(fā)展及其所涉及的功能。方法：從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中下載表達(dá)譜基因芯片數(shù)據(jù)GSE84437（包含433例胃癌樣本），利用R編程軟件分析繪制患者的生存曲線并篩選出SMARCAD1差異表達(dá)的樣本，獲得其中差異表達(dá)基因且繪制出聚類分析熱圖和火山圖;利用METASCAPE進(jìn)行GO功能富集;利用STRING構(gòu)建目的基因蛋白互作網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果：通過(guò)R編程軟件分析高表達(dá)SMARCAD1的患者總體生存率和無(wú)進(jìn)展生存率均高于低表達(dá)組，獨(dú)立預(yù)后分析和臨床相關(guān)性分析結(jié)果顯示SMARCAD1可獨(dú)立于其他臨床因素影響胃癌患者的預(yù)后，且對(duì)于胃癌是一個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)因子;GO功能富集分析發(fā)現(xiàn)和SMARCAD1相關(guān)的差異表達(dá)基因主要和細(xì)胞外基質(zhì)組織、白細(xì)胞遷移等活動(dòng)有關(guān)。結(jié)論：高表達(dá)SMARCAD1的胃癌患者預(yù)后較好，SMARCAD1的表達(dá)可能是胃癌患者生存時(shí)間增加的預(yù)測(cè)因子。此外，SMARCAD1可能通過(guò)介導(dǎo)DNA損傷修復(fù)及基因組穩(wěn)定在胃癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并有望成為判斷胃癌患者預(yù)后的重要的生物學(xué)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：SMARCAD1;胃癌;生物信息學(xué)分析;預(yù)后

【中圖分類號(hào)】R246.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1673-9026（2021）03-060-02

胃癌死亡率在全球癌癥中排名第三位，其發(fā)病率也位于前列，在中國(guó)每年有近46萬(wàn)人被確診，發(fā)病率居所有惡性腫瘤的第3位[1]。胃癌早期通常無(wú)癥狀或伴有非特異性癥狀，大約80%的患者被確診時(shí)已為晚期[2]，患者預(yù)后較差，平均5年生存率不到20%[3]。因此其早期篩查診斷是提高胃癌患者生存率和預(yù)后的重要保障[4]。

目前SMARCAD1與胃癌的關(guān)系研究較少，本文旨在通過(guò)生物信息學(xué)分析其對(duì)于胃癌的預(yù)后價(jià)值，并淺析其在胃癌發(fā)生發(fā)展中的相關(guān)作用，為胃癌的診斷、治療及預(yù)后監(jiān)測(cè)提供新的靶點(diǎn)。本研究局限于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證支撐，因此后期還需要進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)及臨床研究。

1.材料和方法

1.1生存分析

利用Kaplan-Meier Plotter （http：//www.kmplot.coml）分析高/低表達(dá)SMARCAD1胃癌患者的生存情況。

1.2基因芯片數(shù)據(jù)

GEO數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)主要由微陣列研究產(chǎn)生的公共數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)自美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心（NationalInstitutes of Health，Bethesda，MD，USA） [5]。從GEO上下載基因芯片GSE84437的數(shù)據(jù)，該芯片含有433個(gè)臨床標(biāo)凍的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，全為胃癌組織。

1.3 GO功能富集分析及蛋白互作（ppI）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

利用METASCAPE（https：//metascape.org）對(duì)81個(gè)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO功能富集，從生物過(guò)程、細(xì)胞成分和分子功能三個(gè)方面對(duì)其分析。STRING （http：//string-db.org/）是一種含有己知及預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于構(gòu)建蛋白互作網(wǎng)絡(luò)。

2 結(jié)果

2.1 SMARCAD1的選擇

利用Kaplan-Meier Plotter （http：//www.kmplot.coml）分析高/低表達(dá)SMARCAD1患者的總體生存率，結(jié)果顯示高表達(dá)SMARCAD1的病人的總體生存率顯著高于低表達(dá)組（圖1）;無(wú)進(jìn)展生存率結(jié)果和總體生存率一致。因此初步猜想SMARCAD1可能和胃癌患者的預(yù)后生存相關(guān)。

2.2 生存分析

為進(jìn)一步研究SMARCAD1和胃癌患者預(yù)后相關(guān)性，從GEO數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)集GSE84437，利用R編程軟件校正數(shù)據(jù)后繪制生存率曲線，結(jié)果和Kaplan-Meier Plotter分析一致，高表達(dá)SMARCAD1的患者總體生存率顯著高于低表達(dá)組（圖2），該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了之前的猜想。

2.3 獨(dú)立預(yù)后分析

利用R編程軟件（http：//www.r-project.org）分析SMARCAD1、年齡、性別、T分期、N分期與生存時(shí)間和生存狀態(tài)之間的關(guān)系。結(jié)果顯示無(wú)論是單因素還是多因素獨(dú)立預(yù)后分析，SMARCAD1的P值都小于0.05（圖3AB），表明其可以獨(dú)立于其他因素影響胃癌患者的預(yù)后，同時(shí)其Hazard ratio值在兩種預(yù)后分析中都小于1，而其他臨床因素Hazard ratio值都大于1，表明SMARCAD1對(duì)于胃癌是低風(fēng)險(xiǎn)因素，其表達(dá)水平越高，胃癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)越低。

2.4 臨床相關(guān)性分析

將樣本按年齡分組，利用R編程軟件分析顯示≤65歲的組中SMARCAD1表達(dá)水平顯著高于>65歲組（圖4A），提示SMARCAD1的表達(dá)水平可能隨著年齡增長(zhǎng)下降進(jìn)一步增加了胃癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

SMARCAD1和性別之間的分析顯示男性和女性患者胃癌細(xì)胞中SMARCAD1的表達(dá)沒(méi)有顯著性差異（圖4B）;SMARCAD1在N分期中除了N1和N2，其他各期之間都有顯著性差異（圖4C）;在T分期中，SMARCAD1在T3和T4期中的表達(dá)無(wú)明顯變化，其他各期之間表達(dá)水平具有顯著性差異（圖4D）。這提示SMARCAD1的表達(dá)水平會(huì)隨著胃癌的進(jìn)展發(fā)生改變，其可能通過(guò)某種機(jī)制在胃癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮一定作用。

2.5 差異表達(dá)基因及其熱圖、火山圖

根據(jù)SMARCAD1的表達(dá)水平中位值，|logFc|>0.5，adj.P.Val<0.05，利用R編程軟件將樣本進(jìn)行分組，篩選出SMARCAD1表達(dá)水平具有顯著性差異的樣本，然后篩選出這些樣本中差異表達(dá)基因，并生成其聚類分析熱圖（圖5A）、火山圖（圖5B）。

2.6 GO功能富集和PPI蛋白網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

使用在線分析數(shù)據(jù)庫(kù)Metascape進(jìn)一步對(duì)篩選出具有差異表達(dá)的基因進(jìn)行GO功能富集和PPI蛋白網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，結(jié)果顯示：生物過(guò)程：主要富集在細(xì)胞外基質(zhì)組織、白細(xì)胞遷移、細(xì)胞-基質(zhì)粘附等;細(xì)胞成分：主要富集在細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞投影膜等;分子功能：主要富集在細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)成分、趨化因子受體結(jié)合、鈣離子結(jié)合等。同時(shí)使用STRING構(gòu)建蛋白功能網(wǎng)絡(luò)，顯示有10個(gè)功能蛋白和SMARCAD1相互作用，其中有3個(gè)蛋白已經(jīng)被證明與胃癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)。

3討論

胃癌是世界范圍內(nèi)威脅人類健康的重要疾病之一，近年來(lái)胃癌發(fā)病率明顯升高且呈年輕化趨勢(shì)，一經(jīng)診斷多屬于進(jìn)展期胃癌或伴有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致患者的死亡率較高、預(yù)后較差。生物信息學(xué)分析是研究惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及篩選潛在診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)的有力研究工具，主要包括基因功能注釋、芯片表達(dá)譜及基因互作網(wǎng)絡(luò)等[5]。

本研究主要利用生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)分析了SMARCAD1和胃癌患者預(yù)后之間的關(guān)系，初步探索了其對(duì)胃癌發(fā)生發(fā)展可能產(chǎn)生的有關(guān)作用。通過(guò)對(duì)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)樣本分析發(fā)現(xiàn)SMARCAD1表達(dá)水平低的患者總體生存率較差，提示預(yù)后不良，這與Kaplan-Meier Plotter網(wǎng)站生存分析結(jié)果一致。此外分析了SMARCAD1的獨(dú)立預(yù)后和臨床相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)其可以獨(dú)立于年齡、性別、T/N分期對(duì)胃癌患者的生存時(shí)間和生存狀態(tài)產(chǎn)生影響，且Hazard ratio均小于1，表明其對(duì)于胃癌是一個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)因素，即SMARCAD1的表達(dá)水平升高胃癌發(fā)生發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)SMARCAD1的表達(dá)水平還和年齡、T/N分期有關(guān)，但由于缺乏相關(guān)臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法具體分析他們之間的相關(guān)性。

為研究SMARCAD1和其他蛋白之間的功能關(guān)聯(lián)，利用STRING構(gòu)建SMARCAD1的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，為研究其功能提供線索和依據(jù)。結(jié)果共有10個(gè)蛋白和SMARCAD1相互作用，經(jīng)查詢文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)其中DNA核酸酶/解旋酶2（DNA2）是一種保護(hù)基因組傳輸高保真度的多功能蛋白質(zhì)，在DNA復(fù)制和修復(fù)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。

綜上所述，本研究通過(guò)利用生物信息分析的方法初步驗(yàn)證SMARCAD1對(duì)于胃癌是一個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)因子，高表達(dá)SMARCAD1的患者總體生存率高于低表達(dá)患者，它的表達(dá)可能增加患者的生存時(shí)間，SMARCAD1可能成為監(jiān)測(cè)胃癌患者預(yù)后的一個(gè)重要的生物學(xué)指標(biāo)。同時(shí)GO富集和PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建說(shuō)明SMARCAD1和細(xì)胞外基質(zhì)的組織，白細(xì)胞遷移、細(xì)胞-基質(zhì)粘附、DNA的損傷修復(fù)有關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)可能為胃癌患者臨床治療發(fā)現(xiàn)新的靶點(diǎn)提供一定的理論依據(jù)。SMARCAD1在胃癌發(fā)生發(fā)展中的具體功能及其作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

參考文獻(xiàn)

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1.江蘇省疾病預(yù)防控制中心 食品與安全評(píng)價(jià)所 210009 2.鎮(zhèn)江市第三人民醫(yī)院 檢驗(yàn)科 212000 3.昆山市第一人民醫(yī)院檢驗(yàn)科 215300