KPNA2基因在結直腸癌中的表達與患者預后關系的生物信息學分析

姜作龍（天津市北辰醫院,天津 300400）

結直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是消化系統中最為常見的惡性腫瘤[1]。2019年CRC在男性和女性人群中的發病率和死亡率均為第三位[2]。CRC已成為繼肺癌、乳腺癌之后最常見的腫瘤[3-4]。近年隨著生物技術的進步，大規模篩選并探討CRC相關基因表達水平及其與患者預后的關系成為可能[5]。因此，在本研究中筆者采用生物信息分析技術，探討核轉運蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）基因mRNA在人結直腸癌中的表達、生物學功能、相關信號通路以及和患者預后的相關性。

1 數據庫選擇與分析方法

1.1 KPNA2基因表達水平及功能和信號通路分析 TCGA數據庫比較KPNA2基因在CRC患者癌組織和癌旁組織中的差異表達情況，比較條件為|Log2FC|＞1，P＜0.05。采用基因本體論（GO）和KEGG進行KPNA2基因功能及信號通路分析。

1.2 KPNA2基因蛋白相互作用網絡構建 KPNA2基因相互作用的蛋白網絡采用STRING（http://string-db.org/cgi/input.pl）[6]數據庫進行構建，構建條件為每個蛋白相互作用點小于20個，相互作用置信系數大于0.7。

1.3 預后分析 根據KPNA2基因在CRC患者癌組織中的相對表達水平中位數，分為高表達組和低表達組，繪制Kaplan-Meier生存分析曲線，采用log-rank檢驗比較患者總生存和無疾病進展生存是否不同。

1.4 統計學處理 KPNA2基因在CRC患者中的差異表達、聚類分析、Pearson相關性等采用在線軟件分析，生存分析繪制生存曲線并進行log-rank檢驗，P＜0.05表示存在統計學差異。

2 結果

2.1 KPNA2基因在CRC中的表達 KP NA2基因在CRC患者癌組織和癌旁正常腸上皮中的表達比較見圖1A，腫瘤組織中的表達水平顯著高于正常組織（P＜0.05）。同時，KPNA2基因表達水平在其他腫瘤組織中也明顯上調（P＜0.05）；然而CRC患者中KPNA2基因表達水平與患者臨床分期不存在相關性（P＞0.05），見圖1B。

圖1 KPNA2基因在腫瘤及正常組織中的表達分布圖(A：KPNA2基因在CRC患者腫瘤組織和正常腸上皮中的表達；B：KPNA2基因表達水平與CRC不同分期的關系)

2.2 KPNA2基因相關蛋白網絡構建 KPNA2基因與其他相關蛋白互相作用網絡中（見圖2），蛋白-蛋白相互作用指數為11.0，區域聚類指數為0.72，各個蛋白呈現明顯的聚類表達（P＜0.05）。

圖2 KPNA2基因與相關蛋白相互作用的蛋白網絡

2.3 KPNA2基因 GO和KEGG分析 KPNA2基因編碼產物主要定位于細胞核、蛋白復合體和細胞膜，其分子功能主要富集于蛋白結合、酶活性條件和Ran-GTPase結合，而生物學過程主要為細胞生物學過程調節、代謝調節和細胞增殖。見表1。

表1 KPNA2基因本體論功能富集

2.4 KPNA2基因與其他基因共表達分析Pearson相關性分析顯示，在共表達水平方面PSMD12與KPNA2基因表達水平上存在正相關（r=0.74，P＜0.05），見圖3A。而YPEL3與KPNA2基因表達存在負相關（r=-0.48，P＜0.05），見圖3B。

圖3 與KPNA2基因共表達相關分析的散點圖（A: PSMD12與KPNA2基因表達水平上存在正相關; B: YPEL3與KPNA2基因表達存在負相關）

2.5 KPNA2基因生存分析 KPNA2基因低表達CRC患者總生存優于高表達患者（HR=0.51，P＜0.05），而CRC患者無疾病進展生存在高低組間無明顯差異（HR=0.80，P＞0.05）。結腸癌患者KPNA2基因低表達組總生存優于高表達組（HR=0.42，P＜0.05），而直腸癌患者KPNA2基因表達水平與患者總生存和無疾病進展生存無明顯相關性（P＞0.05）。

2.6 KPNA2在腸癌中的表達 KPNA2蛋白主要表達于細胞膜和細胞核，呈棕褐色顆粒，見圖4。

3 討論

核轉運蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）為核輸入蛋白Karyopherin α家族成員之一，由529個氨基酸殘基構成，分子量約為58kDa[7-8]。近年來，陸續有研究報道KPNA2在黑色素瘤、宮頸癌、食管癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、肝癌和膀胱癌等疾病中均呈現高表達[9-11]。且KPNA2高表達往往與患者的預后不良有關。有研究顯示，KPNA2基因表達水平在癌組織中是正常對照組中的5-10倍，且免疫組織進一步證實KPNA2基因編碼蛋白表達水平也明顯升高，且高表達者總生存期往往較短[12]。

然而，KPNA2基因在CRC中的研究報道較少，且其與CRC發生、發展及其作為CRC預后標志物的可行性并不完全清楚。因此在本研究中筆者采用生物信息分析技術，探討核轉運蛋白（Karyopherin α2，KPNA2）基因mRNA在人結直腸癌中的表達、生物學功能、相關信號通路以及和患者預后的相關性。研究結果認為KPNA2基因在CRC患者腫瘤組織中的表達水平顯著高于正常組織（P＜0.05）。說明KPNA2基因可能與CRC的發生有關。而進一步的功能分析顯示KPNA2基因主要參與了p53信號通路（腫瘤抑制信號通路）、細胞衰老信號通路以及細胞周期信號通路。這些信號通路往往與腫瘤的發生、侵襲和轉移存在關系，從而解釋了其高表達患者往往預后不佳的原因。進一步進行預后分析顯示，KPNA2基因低表達CRC患者總生存優于高表達患者（HR=0.51，P＜0.05）。提示KPNA2可能與患者的疾病進展有關，可作為預后不良的腫瘤標志物。

KPNA2基因在CRC患者腫瘤組織中呈現高表達，且高表達者總生存期較短。KPNA2基因有可能作為CRC患者預后的分子標志物。但上述結論仍需相關分子生物學和臨床研究加以證實。