利用微阵列数据鉴定卵巢上皮癌转移的候选生物标志物

摘要

介绍

上皮性卵巢癌（EOC）是全球女性癌症相关死亡率的第六大原因(1). 2012年，美国和欧洲分别估计约22280和69565例EOC病例(2). 卵巢癌占卵巢癌病例的90%，以转移为特征(三). 典型地，原发性卵巢癌在腹膜腔内扩散，主要进入网膜(4). 只有当肿瘤细胞扩散到腹膜腔后才能诊断为EOC，这往往导致预后不良(5).

许多研究评估了EOC转移的相关机制。斯科顿等(6)证明C-X-C基序趋化因子受体4是卵巢癌细胞中唯一表达的趋化因子感受器。这种限制性表达被认为是卵巢癌转移的主要步骤。破坏细胞粘附促进肿瘤进展。据报道，黏附分子分化簇（CD）82和CD9的下调与卵巢癌的进展，尤其是转移有关(7). 另一项研究报告称，致瘤相关蛋白黏蛋白1在EOC转移中起作用(8).

MicroRNAs（miRNAs/miRs）是一种小的非编码RNA，通过调节基因表达，在包括EOC在内的多种癌症的发展中发挥关键作用(9). 先前的一项研究检测了EOC发展过程中miRNAs的改变，如预期的那样，发现了许多差异表达的miRNAs，包括miR-200a、200b、200c和141的过度表达(1). 然而，与卵巢癌转移相关的miRNAs的报道很少。

最近的一项研究通过微阵列分析确定了EOC原发肿瘤和转移瘤之间的差异表达基因（DEG）(4). 然而，之前的研究主要涉及拷贝数变异（CNV），即基因重排引起的变异，以及转化生长因子β信号通路的上调。先前的研究结果表明，尽管转移性肿瘤和原发性肿瘤中的克隆（与CNV相对应的改变基因）不同，但肿瘤细胞正在适应大网膜环境。尽管有这些结果，许多其他二甘醇的功能及其在EOC中的相互作用仍不清楚。因此，本研究重新分析了{“类型”：“entrez-geo”，“属性”：{“文本”：“GSE30587”，“term_id”：“30587”}}GSE30587标准微阵列数据集(4)鉴定原发性肿瘤和网膜转移性肿瘤EOC细胞之间的DEGs。此外，本研究还进行了术语和通路富集分析以及蛋白质相互作用（PPI）网络构建。本研究还将DEG数据与多个数据库中的miRNAs信息结合起来，预测miRNA-靶相互作用。通过这些综合生物信息学方法，本研究评估了EOC转移预后的有效生物标志物。

材料和方法

结果

转移性EOC中DEG的鉴定

本研究在对照组和转移性EOC样本之间共鉴定出272个DEG，包括189个上调基因和83个下调基因(图1).

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图1。

原发性和转移性上皮性卵巢癌样本的基因表达热图。

转移性EOS中DEGs丰富的信号通路

本研究表明，转移性EOS中的DEG在与细胞信号转导和细胞粘附相关的信号通路中显著富集，预先设定的阈值为P<0.05(图2;表一)包括磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信号通路。该途径包括I型胶原α1链(COL1A1公司),COL1A2公司，胶原蛋白类型XIα1链（COL11A1）和血小板反应蛋白(泰铢)1.DEG还与局灶黏附信号通路相关，包括COL1A1公司,COL1A2公司,COL11A1系列和泰铢1细胞外基质（ECM）-受体相互作用信号通路，包括COL1A1公司,COL1A2公司,COL11A1系列和泰铢1以及细胞粘附信号通路，包括活化的白细胞粘附分子和CD2（CD2）ECM-受体相互作用信号通路中富集的DEGs均上调，包括某些胶原蛋白基因和泰铢(图3).

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图2。

与原发性卵巢癌相比，转移性卵巢癌差异表达基因的信号通路丰富。上皮性卵巢癌。

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图3。

细胞外基质-受体相互作用信号通路中丰富的差异表达基因。

表一。

显著丰富了差异表达基因的信号通路。

KEGG路径编号。	信号通路	DEG数量	涉及的DEG	P值
肯尼亚政府：00500	淀粉和蔗糖代谢	5	AMY1A、MY1B、AMY1C、AMY2A、MY2B	2.04×10−3
KEGG:04145	噬菌体	11	C1R、THBS2、THBS1、COLEC12、COMP等	3.85×10−5
KEGG:04151	PI3K/Akt公司	21	COL11A1、COL1A1、COL1A2、THBS1、THBS2和其他	1.16×10−7
KEGG:04510	焦点粘连	19	COL11A1、COL1A1、COB1A2、THBS1、THBS2等	6.21×10−10
KEGG:04512	ECM-受体相互作用	18	COL11A1、COL1A1、COB1A2、THBS1、THBS2等	1.17×10−15
KEGG:04514	细胞粘附分子	9	ALCAM、CD2、CLDN20、HLA-A、VCAN	5.46×10−4
肯尼亚政府：04940	I型糖尿病	5	HLA-A、HLA-B、HLA-E、HLA-F、HLA-G	7.51×10−4
肯尼亚政府：04973	碳水化合物消化吸收	5	AMY1A、AMY1B、AMY1C、AMY2A、AMY2B	7.51×10−4
肯尼亚政府：04974	蛋白质消化吸收	10	COL11A1、COL12A1、COL1A1、COB1A2、COL3A1等	1.64×10−6
KEGG:05146	阿米巴病	9	COL11A、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1等	5.81×10−5
克：05150	金黄色葡萄球菌感染	5	C1QA、C1R、C1S、FCGR2C、FPR3	2.21×10−3
KEGG:05320号	自身免疫性甲状腺疾病	5	HLA-A、HLA-B、HLA-E、HLA-F、HLA-G	1.73×10−3
科工集团：05330	同种异体移植物排斥反应	5	HLA-A、HLA-B、HLA-E、HLA-F、HLA-G	3.82×10−4
KEGG:05332	移植物抗宿主病	5	HLA-A、HLA-B、HLA-E、HLA-F、HLA-G	6.07×10−4
KEGG:05416	病毒性心肌炎	5	HLA-A、HLA-B、HLA-E、HLA-F、HLA-G	2.77×10−3

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KEGG，《京都基因和基因组百科全书》；DEGs，差异表达基因；PI3K/Akt，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B；ECM，细胞外基质。

转移性EOS中DEG的PPI网络

利用STRING数据库，构建了一个由493个146个DEG相互作用组成的PPI网络(图4). 除18种下调的二甘醇外，大多数二甘醇均上调。共鉴定出14个hub基因，包括COL1A1公司（度=37），基质金属肽酶(基质金属蛋白酶)2（度=36），装饰（度=35），COL3A1系列（度=29），COL1A2公司（度=29），基质金属蛋白酶14（度=26），COL5A1系列（度数=26），分泌的蛋白质呈酸性，富含半胱氨酸（度数=25），COL4A1系列（度=25），THBS1型（度数=24）、纤连蛋白1（度数=24）、，泰铢2（度=22），金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP公司)3（度=21）和纤维蛋白1（度=20）。

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图4。

差异表达基因的蛋白质相互作用网络。红色结节，上调基因；绿色节点，下调的基因。

集成miRNA-靶基因调控网络

本研究聚焦于14个中心基因，并进一步评估其miRNA-靶向关联。miRNA-目标调控网络基于上述验证数据库中的相互作用。泰铢1和TIMP3公司主要靶点是否已确定并与多个miRNAs相互作用(图5).泰铢1被预测为以下八种miRNAs的靶点：hsa-miR-98-5p、hsa-let-7d-5p、hsa-miR-155-5p、hsa-let-7b-5p、hsa-miR-132-3p、hse-miR-30a-3p、hsp-miR-30a-5p和hsa-miR-1。TIMP3公司被预测为以下七种miRNAs的靶点：hsa-miR-124-3p、hsa-miR21-5p、hsa-miR-181b-5p、hse-miR-221-3p、hsi-miR-222-3p、hsa-miR-335-5p和hsa-miR-1。

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图5。

整合miRNA-靶网络。红色节点，差异表达基因；紫丁香节点，miRNAs。

讨论

本研究确定了转移性EOS中的几个DEG。在这些DEG中，某些胶原蛋白(COL11A1系列,COL1A1公司和COL1A2公司)和泰铢(泰铢1和泰铢2)这些基因和PI3K/Akt、ECM受体相互作用和细胞粘附信号通路有关。这些DEG也是构建的PPI网络中的中心基因。泰铢1和TIMP3公司在miRNA-靶网络中占主导地位，并被hsa-miR-1靶向。

肝细胞生长因子（HGF）有助于调节细胞生长和运动。先前的一项研究报告称，HGF通过增强细胞运动和金属蛋白酶的蛋白水解活性在肿瘤转移中发挥关键作用(15). PI3K/Akt信号通路是一个关键的激酶级联反应，涉及HGF诱导的转移和侵袭(16). 在葡萄膜黑色素瘤细胞中，激活PI3K/Akt信号通路可减少细胞粘附，从而促进运动和迁移(17). 在神经胶质瘤细胞中，PI3K/Akt信号通路可能调节肿瘤细胞的增殖和迁移(18). 胶原基因的表达通常通过PI3K/Akt信号通路调节。在肝星状细胞中，胶原基因可能通过黏着斑激酶/PI3K/Akt信号通路由肌动蛋白束的一种成分筋膜调节(19). 在正常人皮肤成纤维细胞中，白细胞介素13可能通过PI3K/Akt信号通路刺激胶原蛋白基因的转录(20). 在本研究中，某些胶原蛋白基因，包括COL11A1系列,COL1A1公司和COL1A2公司，在转移性EOC中被鉴定为DEGs，并在PI3K/Akt信号通路中富集，表明这些胶原蛋白基因也可能通过该信号通路在EOC中发挥作用，尤其是在转移中。

ECM蛋白水解使癌细胞入侵，因此与多种癌症的迁移有关(21). 之前的研究表明COL11A1系列通过ECM-受体相互作用促进EOC肿瘤进展(22)，与本研究通过富集分析得出的结果类似。在卵巢癌细胞中，ECM受体相互作用信号通路受以下因素的影响COL1A1公司(23).COL1A2公司主要与卵巢癌细胞中的细胞粘附信号通路有关(24). 这些结果表明某些胶原蛋白基因，包括COL11A1系列,COL1A1公司和COL1A2公司也可能通过ECM-受体相互作用和细胞粘附信号通路影响EOC的转移。

泰铢1是一种粘附性糖蛋白，调节细胞间和细胞-ECM相互作用。之前的研究表明泰铢1表达与卵巢癌相关，并可能作为卵巢癌预后的生物标志物(25). 另一项研究表明，下调泰铢1卵巢癌促进肿瘤转移(26). 根据比较蛋白质组分析，泰铢1与细胞粘附相关，在低恶性潜能和高增殖EOC细胞系之间差异表达(27).泰铢2在细胞内起作用—ECM粘附(28). 此外，泰铢2是与细胞黏附相关的十个标志性基因之一，与浆液性卵巢癌患者的转移和不良总生存时间相关(29). 通过抑制刺猬信号通路下调，泰铢1与ECM-卵巢癌细胞受体相互作用有关(30). 本研究中的富集分析表明THBS1型和THBS2型和细胞粘附和ECM受体相互作用信号通路相关，提示它们可能通过调节这两条通路在EOC转移中发挥关键作用。

TIMP3公司抑制与ECM降解相关的基质金属蛋白酶。骨肉瘤缺乏TIMP3公司表达增加肿瘤细胞增殖并促进迁移(31). 阿尔皮诺等(32)证明了TIMP3公司在胚胎植入期间，在调节子宫ECM降解方面起着关键作用。此外，TIMP3公司是本研究中在转移性EOC中发现的关键DEG。尽管TIMP3公司在本研究中，ECM-相关信号通路未得到丰富，TIMP3公司与关联泰铢1在PPI网络中，表明TIMP3公司在EOC转移期间，可能在ECM受体相互作用信号通路中发挥作用。

由于hsa-miR-1可能会降低多种癌症中的肿瘤细胞增殖，因此被认为是一种肿瘤抑制因子。然而，之前的一项研究表明，与卵巢原发性肿瘤相比，复发性卵巢肿瘤中hsa-miR-1的上调与肿瘤细胞生长增加有关(33). 在心脏组织中，hsa-miR-1可能靶向TIMP3公司(34)并预测为目标泰铢1心力衰竭(35). 然而，目标是TIMP3公司和泰铢1hsa-miR-1尚未在EOC中报告。在本研究中，泰铢1和TIMP3公司预测为hsa-miR-1的靶点，表明hsa-miR1可能在EOC转移过程中靶向这两个基因。

总之，在本研究中，多个DEG和miRNAs被确定为EOC转移预后的潜在生物标志物。这些DEG与PI3K/Akt、ECM受体相互作用和细胞粘附信号通路有关。此外，THBS1型和TIMP3公司被预测为hsa-miR-1的靶点。然而，这些预测结果需要通过进一步研究进行验证。

致谢

参考文献