分析调控Warburg效应的关键基因对消化道肿瘤的影响以及分子机制研究

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目的:Warburg效应,也被称为有氧糖酵解,在消化道肿瘤的发生、进展中起着不可或缺的关键作用。在本研究中,我们挑选了涉及到Warburg效应中的关键点,创新性利用生物信息学大数据筛选的方式,分析了参与Warburg效应的关键基因在消化道肿瘤中的整体表达情况,并根据相应数据分析结果进一步研究了抑制Warburg效应后肝癌细胞系的表现。
  方法:数据方面进行了整体性的生物信息学分析,从The Cancer Genome Atlas(TCGA)网站获取消化道肿瘤病患的临床相关数据和基因表达数据,对下载的数据进行标准化处理,筛选后使用GraphPad Prism7.00和SPSS21.0进行基因水平表达的分析,确定与有氧糖酵解及正常代谢的相关基因在消化道肿瘤中的表达水平,以评估消化道肿瘤中Warburg效应的表现情况;进一步提取TCGA数据库中临床疾病数据,探究基因水平面的表达情况与肿瘤分期、总生存率的之间的关系。再利用cBioPortal for cancer Genomics网站对消化道肿瘤中涉及正常代谢循环(tricarboxylic acid cycle, TCA)的关键点位的基因的相关改变(涉及到的突变类型包括缺失、扩增等)进行了差异分析。最后结合大数据分析结果,运用实验来验证生物信息学的结果。通过细胞活力检测实验(MTT试验)来检测不同浓度的甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)选择性抑制剂Koningic acid(KA)对肝癌细胞活性的影响。利用Transwell试验来检测选择性抑制剂KA对肝癌细胞的迁移能力的影响。并使用GAPDH活性测定试剂盒检测在阻断了Warburg效应后,观察对正常肝细胞与肝癌细胞的GAPDH活性的影响。
  结果:通过TCGA数据库的数据的分析,结果显示在消化道肿瘤中, Warburg效应相关的基因表达水平普遍升高。并且,生物信息的数据结果显示我们首次发现了Warburg效应中的CUEDC2、HMGB2、PFKFB4、PFKP和SIX1基因在肝癌中的表达上调。除此外,作为对比代谢——三羧酸循环代谢,大部分基因都表现出在正常组织中的高表达的趋势(对比与肿瘤组织)。但在结肠癌、直肠癌中,我们的数据显示个别TCA的基因也出现高表达的趋势,包括SDHB、FH、和IDH1。通过cBioPortal数据库的分析,消化道肿瘤病患中的 IDH1、FH和SDHB基因存在普遍的基因突变的情况。在临床数据方面,CUEDC2、HMGB2、PFKFB4、PFKP和SIX1基因在肿瘤组中的过表达,与较晚的肝癌、直肠癌的临床分期有关。同时我们还发现,在肝癌患者中,Warburg效应的高表达与显著降低的总体生存率相关(P<0.01),而其他的消化道肿瘤的总体生存率差别没有统计学意义。多株不同的肝癌细胞系的细胞实验中,MTT的检测结果显示选择性GAPDH抑制剂KA在阻断Warburg效应后对多种肝癌细胞系的活性的有明显的抑制影响(P<0.001)。Transwell试验中,受到KA试剂作用的4种肝癌细胞系的迁移能力较对照组有明显下降,数据结果有统计学意义(P<0.01)。同时在GAPDH活性测定中,实验组和对照组在与KA试剂充分作用后,肝癌细胞中的GAPDH活性明显降低(P<0.01),作为对比的永生化的正常肝细胞未受到明显影响。
  结论:总之,从我们的研究结果分析显示,与Warburg效应相关的基因在消化道肿瘤中过表达。高表达的Warburg效应基因的消化道肿瘤中,有着相对较差的临床分期。特别是在肝癌中,Warburg效应相关基因高表达的病患的总体生存率及临床分期都相对较差。细胞实验的数据结果表明,阻断Warburg效应会抑制肝癌细胞的细胞增殖情况以及迁移的能力,这可能是一种潜在的治疗肝癌的新途径。
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