基于多组数据库肝癌标志物的筛选及研究

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背景及目的:肝癌是最常见的恶性肿瘤之一,但人们对其致病的分子机制尚不清楚,目前对于诊断标志物的研究也无统一的结论,我们旨在用生物信息学方法筛选出与肝癌的发生及预后相关的关键基因,并分析其生物学功能,研究其致病机制,以期为肝癌的临床诊治提供一定的见解和思路。方法:从GEO数据库中下载3张芯片(分别是GSE64041、GSE54236和GSE60502),这些芯片包含了肝癌及癌旁组织的基因表达数据。用limma工具包和GEO2R在线工具筛选这3张芯片中的差异表达基因(DEGs),随后对这些DEGs在线进行GO和KEGG分析,并在String网站构建PPI网络,最终结果在Cytoscape中可视化,利用附带插件从网络中筛选关键的模块和hub基因。hub基因的在肝癌中的表达情况及对肝癌预后的影响通过GEPIA2网站在线分析。String中探索了 hub基因的共表达情况,用R软件将hub基因的GO富集结果可视化,网站上在线预测了 hub基因的下游靶点,最后在ICGC数据库、肝癌细胞株及组织中验证了 hub基因的表达。结果:芯片GSE64041和GSE54236分别鉴定出个差异表达基因317个、342个,分别上调87个、146个,下调230个、196个。GO分析提示芯片GSE64041中的差异表达基因主要富集于氧化还原过程,芯片GSE54236则主要是蛋白质结合;KEGG分析两者分别富集于视黄醇代谢和细胞周期。在与芯片GSE60502中获得的差异表达基因取交集后,共有43个基因构建成PPI网络,从中筛选出4个hub基因,但Kaplan-Meier风险曲线显示仅ECT2和FCN3对肝癌的生存有影响。ECT2在肝癌中高表达,具有信号传导的功能,FCN3在肝癌中低表达,并在免疫反应中起作用,并靶向miR-132-5p和miR-217,在数据库ICGC、肝癌细胞及肝癌组织中,hub基因的表达情况与预测结果相符。结论:本研究成功发现了 2个与肝癌预后显著相关的基因,为ECT2和FCN3,分析它们的生物学功能得知,ECT2主要参与信号传导而FCN3则与免疫反应有关,证实了 ECT2在肝癌中高表达,FCN3则为低表达。本研究为肝癌的发病机制提供了新的思路。鉴于ECT2在肝癌中的研究已有报道,FCN3有可能是肝癌患者中较有前景的生物标志物。背景及目的:肝癌是恶性程度极高的常见肿瘤,但早期无明显症状,不少患者就诊时已出现转移,加之术后复发率高,对整个社会造成了极大的负担。目前对肝癌预后的评估主要还是依靠临床数据,传统的临床分期缺乏对肝癌的全面认识,而肿瘤的发生涉及到复杂的分子调控机制,我们的研究旨在通过生物信息学方法鉴定出肝癌中关键的miRNAs,并构建基于分子的预后模型,为实现肝癌患者的精准治疗提供更丰富的理论工具。方法:1.从TCGA和ICGC数据库中下载肝癌及正常样本的miRNA表达数据和临床一般资料,从SEER数据库中下载肝癌样本的临床数据。使用edgeR工具包从TCGA数据库中筛选肝癌和正常样本间差异表达的miRNAs(DEMs)。2.对DEMs进行单因素、多因素Cox回归及LASSO回归,筛选出与肝癌预后相关的miRNAs,并评估筛选得到的预后miRNAs对肝癌诊断的区分度。3.分析预后miRNAs在肝癌及正常组织中的表达模式,并用ICGC数据库和实验进行验证。4.研究预后miRNAs不同表达水平对肝癌总生存率的影响。5.依据公式算出TCGA中每个样本的风险分,进行高、低风险分组后比较不同风险分组下临床特征间的差异。6.分析高、低风险分组对肝癌总生存率的影响,并于ICGC数据库验证。7.用预后miRNAs构建肝癌预后模型并评估。将SEER数据库中下载的肝癌数据经单因素、多因素COX回归后筛选对预后有影响的临床变量,由临床变量构建临床预后模型并评估,最后比较两预后模型的优劣。结果:1.在TCGA中鉴定出127个DEMs,其中124个上调,3个下调。2.回归分析显示 3 个 miRNAs(miR-9-1、miR-3189、miR-3200)对肝癌的总生存率有显著影响,其AUC面积均>0.7。3.miR-9-1和miR-3200在肝癌中表达下降,而miR-3189则表达上调;在ICGC数据库及实验中,miRNAs的表达特征未显示出变化。4.当miR-9-1和miR-3189低表达时,肝癌患者的生存期较短,而miR-3200低表达时,生存期更长。5.在高、低风险组中,Grade分级、Stage分期、T分期、M分期、N分期这5个临床特征存在着差异。6.高风险组的肝癌病人预后较差,ICGC数据库得到了同样的结果。7.两预后模型均具有较好的预测价值(前者的3年和5年的AUC面积分别为0.705和0.726,后者的3年和5年的AUC面积分别为0.731、0.724),且分子预测模型并不劣于由临床预测模型。结论:miR-9-1和miR-3200在肝癌中表达下降,miR-3189则表达上升。在肝癌中,miR-9-1、miR-3189的低表达或miR-3200的高表达显示预后不良。成功构建的预测模型能较好的适用于临床决策。此外,miR-3200也许能成为肝癌患者一项有前途的预后指标。
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