生物钟相关基因在原发性肝细胞癌中的表达及意义 ——基于TCGA数据集分析

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背景与目的:原发性肝细胞癌(primary hepatocellular carcinoma,HCC)是目前全球致死率处于第三位的恶性肿瘤,其发病率、复发率及致死率更是持续居高不下。HCC恶性程度高,然而由于患者生存率低,生存周期短,生活质量低下,同时也因为其治疗手段单一,因此寻找原发性肝细胞癌特异的生物靶点是当前亟待解决的问题之一。生物钟可以根据昼夜节律来调控人体的各种代谢过程和生理功能。目前发现,昼夜节律是由生物钟基因通过转录、翻译后形成负反馈环路而产生的。生物钟相关基因能够通过调节或干扰细胞周期、损坏DNA结构及对于内分泌通路的作用,多方面参与细胞代谢等途径促进肿瘤的发生进展。本文旨在通过美国癌症和肿瘤基因组图谱数据库(The Cancer Genome Atlas,TCGA)中的临床数据集对生物钟相关基因进行处理分析,从而为更新肝癌的诊疗思路、寻找治疗方法及评估预后指标等提供新途径。并探究生物钟相关基因在肝细胞癌中的表达情况及其潜在临床意义。材料与方法:1.首先从美国癌症和肿瘤基因图谱数据库中,下载原发性肝细胞癌数据集424例,包括374例癌症患者样本以及50例的正常对照样本。2.运用DE Center软件对51个生物钟相关基因进行差异表达分析(以|log2(FC)|>1.5、P<0.05),比较生物钟相关基因在肝细胞癌患者及正常对照样本之间的表达情况,筛选出差异表达基因(the differentially expressed genes,DEGs)。3.运用DAVID(the Database for Annotation,Visualization,and Integrated Discovery https://david.ncifcrf.gov)在线数据库分析DEGs的基因本体论(Gene Ontology,GO)及KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)功能富集通路,并通过STRING(https://string-db.org/)数据库构建差异基因所翻译的蛋白质之间互相作用网络(The protein–protein interaction,PPI)。进而了解生物钟基因在肝癌发生发展过程的主要作用。结果:1.在肝细胞癌患者样本的51个生物钟相关基因中,有21个基因在肝癌样本中表达上调(P值<0.05),3个基因表达下调(P值<0.05)。2.根据KEGG分析,在本实验样本中高表达的生物钟相关基因主要富集于Wnt信号通路、Hedgehog信号通路及Hippo信号通路等代谢信号通路(P值<0.001)。3.其中参与调节昼夜节律和细胞代谢的10个生物钟基因在蛋白质互相作用网络中最为紧密相关(P值<0.001)。通过GO分析差异基因集中作用于“调节昼夜节律”、“细胞代谢过程”、“基因表达”等功能通路(P值<0.001)。结论:生物钟相关基因通过调节人体昼夜节律和细胞代谢通路参与原发性肝细胞癌的发生与发展。其中生物钟核心基因NPAS2或许在肝癌的发生和进展过程中发挥着至关重要的作用,同时它也可能成为原发性肝细胞癌的诊断或判断预后的全新标志物,并且有望成为肝癌治疗的重要靶点,并为后续基础或临床研究以及未来系统治疗提供一个新的思路。部分生物钟相关基因有可能通过Wnt信号通路,Hedgehog信号通路以及Hippo信号通路等调节人体生理节律以及细胞的代谢,进而参与肝癌的发生与发展。
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