基于生物信息學方法鑒定宮頸癌的生物標志物微管相關蛋白7

歐婷瑜，莫麗，何琦

（廣西壯族自治區南寧市第二人民醫院 婦科，廣西 南寧 530031）

0 引言

宮頸癌是最常見的婦科惡性腫瘤之一，也是女性癌癥死亡的第四大原因。2020年全球統計數據顯示，每年有近60.4萬宮頸癌新發病例，34.2萬例宮頸癌患者死亡[1]。其主要病理類型包括鱗狀細胞癌、腺癌、腺鱗癌等。盡管通過手術、放療等手段不斷提高了宮頸癌的早期治愈率，但仍有近30%的患者因復發或遠處轉移而死亡[2]。對于復發和轉移的病例治療手段有限，且治療效果不理想。因此，尋找宮頸癌進展的生物標志物及其確切分子機制有助于疾病的診斷和治療策略的選擇。

近年高通量測序和微陣列技術的出現推動了精準醫療的發展，不斷增加的大數據積累開辟了新的研究途徑。識別新的生物標志物，使得宮頸癌的個性化治療策略成為一個重要話題，也是對復發或轉移高危宮頸癌患者群體進行分層選擇靶向治療的先決條件。微管相關蛋白（microtubule associated protein，MAP）是一種細胞骨架與微管相互作用形成的蛋白質，其微管相互結合并與微管表面相互作用有著穩定微管的功能[3]，參與細胞分裂和分化等重要的細胞過程。MAP7在微管成束和動態調控中起著至關重要的作用。據報道，MAP7表達上調與結直腸癌、急性粒細胞性白血病、胃癌等多種癌癥預后相關[4]。本研究通過癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數據庫鑒定MAP7在宮頸癌中的表達特征，并深入分析其生物學功能。

1 資料與方法

1.1 數據獲取與預處理。從TCGA官網下載宮頸鱗狀細胞癌和宮頸腺癌（CESC）轉錄組數據以及臨床信息，通過R 4.0.4軟件將芯片信息轉換為基因名稱，與樣品名合成基因表達矩陣，并提取生存時間、生存狀態、疾病狀態、年齡、病理分級、組織學類型、臨床分期、TMN分期等相關臨床信息。

1.2 基因差異分析。利用R 4.0.4軟件“limma”工具包提取MAP7基因的表達數據，采用wilcox檢驗對比分析正常組織與宮頸癌組織中的基因表達差異，P＜0.05提示有統計學意義。并利用人類蛋白質圖譜（the Human Protein Atlas，HPA）網站比較正常組織與腫瘤組織的MAP7蛋白表達差異。

1.3 生存分析。根據MAP7基因表達情況以中位值為界限，分為高、低表達兩組，并通過R4.0.4軟件“survival”工具包對進行Kaplan-Meier分析，P＜0.05提示有統計學意義。

1.4 臨床相關性分析。整合基因表達與樣品臨床信息，并將各臨床病理特征整理劃分為二分類變量，運用R 4.0.4軟件logit函數進行邏輯回歸分析，探索MAP7與各臨床特征的相關性，P＜0.05提示有統計學意義。

1.5 獨立預后分析。采用單因素和多因素Cox比例風險回歸分析，檢測整個宮頸癌患者隊列中臨床病理特征及MAP7的基因表達是否是疾病預后的獨立變量，并通過R 4.0.4軟件“survival”工具包實現。P＜0.05提示有統計學意義。

1.6 功能富集分析。對MAP7進行基因功能集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA），利用GSEA_4.1.0軟件及“c2.cp.kegg.v7.4.symbols”為背景，以P＜0.05并且FDR校正P＜0.05為條件篩選出顯著富集的通路。

2 結果

2.1 MAP7在宮頸癌組織中的表達情況。與正常組織（n=3）相比，MAP7在宮頸癌組織（n=306）中高表達（P=0.003，圖1A）。HPA數據庫的免疫組織化學（immunohistochemistry，IHC）分析結果顯示MAP7在宮頸癌組織中表達較高，在正常組織中表達較低（圖1B）。

圖1 MAP7在正常組織及宮頸癌組織中的表達情況

2.2 不同MAP7表達水平宮頸癌患者的生存分析。我們以MAP7表達中位值為截斷，將宮頸癌患者劃分為高、低表達兩個亞組，結合總生存時間（overall survival，OS）進行Kaplan-Meier分析，結果表明MAP7高表達組總生存率更低，MAP7低表達組具有更長的生存時間（P=0.011，圖2），說明MAP7的表達水平與宮頸癌預后相關。

圖2 MAP7高、低表達組宮頸癌患者的生存分析

2.3 MAP7與宮頸癌的臨床相關性。邏輯回歸分析結果顯示，MAP7的表達與疾病狀態（無病生存，復發或進展）密切相關（P＜0.05）。然而，MAP7在年齡、病理分級、組織學類型、臨床分期、TMN分期不同亞組中的表達比值比（odds ratio，OR）（P＞0.05，表1），說明MAP7的表達水平與疾病進展相關。

表1 MAP7與宮頸癌臨床病理特征的關系

2.4 MAP7在宮頸癌中的預后價值。在單因素Cox回歸分析中，臨床分期與MAP7與生存相關，MAP7的風險比（hazard ratio，HR）及95%可信區間（confidence interval，CI）為1.039（1.012～1.066，P＜0.05）。在多因素Cox回歸分析中，該基因的HR為1.041，95%CI 1.012～1.070（P＜0.05，表2）。結果說明MAP7可作為宮頸癌的獨立預后因子。

表2 MAP7與宮頸癌臨床病理特征的獨立預后分析結果

2.5 MAP7的相關分子機制。通過GSEA分析挖掘MAP7潛在的功能信號通路及生物學作用。結果顯示，在MAP7高表達組中，黏著連接、ERBB信號通路、泛素介導的蛋白水解作用、基底轉錄因子、磷酸肌醇代謝、神經營養因子信號通路、TGF-β信號通路顯著富集。同時，MAP7的表達上調促進子宮內膜癌、慢性粒細胞白血病、甲狀腺癌等多種癌癥的通路，同時抑制自身免疫性甲狀腺疾病、系統性紅斑狼瘡、同種異體移植物排斥、移植物抗宿主病、1型糖尿病、原發性免疫缺陷、產生IgA的腸道免疫網絡、哮喘、氧化磷酸化、核糖體等通路。

圖3 MAP7在宮頸癌中的KEGG功能富集結果

3 討論

近年來，手術和放療模式的不斷革新以及免疫治療的興起，晚期宮頸癌患者仍然存在復發和轉移風險。因此，需要探尋更多新的生物標志物和治療靶點。MAP參與微管動力學，在細胞分裂、運動、分化和其他重要的細胞和細胞內活動中不可或缺。微管的形成對有絲分裂至關重要，微管通過交替生長不斷地重塑和收縮他們的末端，這被稱為動態不穩定性[7]。MAP7是一種非運動MAP，它與微管之間存在著獨特的相互作用，它最初是從HeLa細胞裂解物中鑒定出來的，主要在上皮細胞中表達。研究表明，MAP7通過直接與微管結合，促進微管的穩定，在神經元微管的形成中發揮了重要的作用[8]。在大鼠胚胎感覺神經元的結構功能分析中發現，MAP7有兩個獨特的微管結合位點，具有解離動力和支鏈形成的雙重作用，并且動態招募蛋白激酶1到微管上，導致細胞器運輸行為的改變[9]。在果蠅實驗中發現MAP7有助于干細胞的自我更新[10]。然而，關于MAP7在癌癥中的作用研究仍較少。在細胞遺傳學正常的年輕急性髓系白血病患者中，MAP7表達上調，預示著較差的預后[5]。也有研究表明，MAP7介導加速胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲促進疾病的進展[6]。然而，MAP7在宮頸癌中預后預測的價值仍未有報道。我們通過TCGA數據庫CESC數據整合，鑒定了MAP7在宮頸癌中的表達特征，生存分析證實了基因高表達預示著不良結局，并運用臨床相關性分析發現MAP7與疾病的進展或復發有密切關系，并能夠作為獨立預后因素。在功能富集分析中，基因高表達顯著富集在慢性粒細胞白血病、神經營養因子信號通路，與上述既往研究結果一致。同時在ERBB信號通路、泛素介導的蛋白水解作用、TGF-β信號通路顯著富集，可以成為未來新的機制研究方向。我們還注意到，MAP7表達上調在促癌的同時，有抑制免疫系統疾病的可能。在研究中，我們通過新興的生物信息學技術鑒定了宮頸癌新的生物標志物MAP7，但也存在一定的局限性。本研究的發現僅為大數據挖掘，仍有待進一步實驗驗證。

綜上所述，我們的研究表明，MAP7在宮頸癌中呈高表達，并且與不良預后有關，參與多種生物過程，是宮頸癌的潛在預后標志物，有望成為理想的治療靶點。