NSCLC差异表达miRNA的筛选及其靶基因生物信息学分析

来源 :昆明医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xy3594830691
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[目的]筛选非小细胞肺癌(NSCLC)中差异表达的微小RNA(miRNA),并对这些差异表达miRNA所调控的靶基因进行生物信息学分析,拟为揭示NSCLC发病机制提供一定理论依据,为肺癌早诊早治疗、预后评估等方面提供新型生物标志物,为肺癌药物研发提供潜在参考靶点。[方法]利用GEO数据库进行分析,进入数据库后检索有关NSCLC中miRNA差异表达的数据集(GSE),限定物种为人,通过阅读“Title,Summary,Overall design,Platforms”等内容,提取目标数据集并下载原始数据。用R语言及affy包进行质量控制,用limma包进行差异表达计算,并将结果可视化,绘制火山图。选取差异表达变化最为显著的miRNA为研究对象,用miRDB数据库分别预测其靶基因,对表达上调最显著的miRNA靶基因用Venny 2.1.0取交集,绘制Venn图,表达下调的同样方法进行,对两个交集结果取并集作为靶基因进一步研究。应用DAVID数据库对得到的靶基因进行富集分析,包括GO分析和KEGG信号通路分析,GO分析主要包含三个层次,即分子功能(MF)、细胞组成(CC)和生物过程(BP),用ggplot2包绘制气泡图将结果可视化。为了筛选出中枢基因,应用STRING数据库对靶基因表达产生的蛋白质相互作用进行分析,得到初步PPI网络,将该结果映射至Cytoscape3.8.0软件,应用cytohubba插件计算各节点连通度(degree),根据degree值整理PPI网络,选取前5的基因作为中枢基因。应用Kaplan Meier plotter数据库分析中枢基因对NSCLC总生存期(OS)预后的影响,采用Kaplan-Meier和log-rank检验,并绘制生存曲线。利用GEPIA2数据库对上述获得的能显著影响NSCLC预后的中枢基因进行表达分析,初步预测其在NSCLC中的表达情况。[结果]通过筛选获得关于NSCLC患者miRNA表达谱的两个数据集GSE17681和GSE135918,共包含46例样本,GSE17681标本来源于外周血,GSE135918标本来源于癌组织和癌旁正常组织。结果显示NSCLC患者外周血中表达上调的miRNA共有216个,下调的167个,癌组织中相表达上调的miRNA共有366个,下调的308个,外周血和癌组织上调最明显的分别为miR-199b-3p和 miR-20a-5p,下调最明显的分别为 miR-19a-5p 和 miR-4471。miR-199b-3p 与miR-20a-5p的共同靶基因有88个,miR-19a-5p与miR-4471的共同靶基因有32个,对两交集取并集得到120个靶基因,以此120个靶基因作为后续研究对象。GO分析结果显示在BP层面中,靶基因主要富集在基因转录的调控、神经细胞树突的形成等条目中(P<0.05);CC层面主要富集在细胞质、细胞骨架等条目(P<0.05);MF层面主要富集在蛋白质激活、转录阻遏、mRNA3’-UTR结合等条目中(P<0.05)。KEGG信号通路分析显示,靶基因主要参与MAPK信号通路、神经营养因子信号通路等(P<0.05)。绘制出PPI网络后,选择degree值前5的基因作为中枢基因,分别为BDNF、IRS1、FBXO32、SORL1、NTRK2,其中BDNF的degree值最高。生存分析显示,IRS1和FBXO32高表达的肺腺癌患者有更差的OS预后(P<0.05);高表达BDNF的肺鳞癌患者有更好的OS预后(P<0.05);高表达SORL1和NTRK2的NSCLC患者,无论腺癌还是鳞癌,均有更好的OS预后(P<0.05)。中枢基因表达水平分析显示,FBXO32在腺癌和鳞癌两种病理类型中,肿瘤组织表达较正常组织升高,差异有统计学意义(P<0.05)。NTRK2在腺癌中,肿瘤组织表达明显下调,鳞癌中明显上调,差异有统计学意义(P<0.05),其余基因表达较正常组织均无明显差异。[结论]miR-199b-3p、miR-20a-5p、miR-19a-5p和miR-4471 在 NSCLC差异表达变化最显著,可能参与NSCLC的发病,它们所共同作用的靶基因主要参与基因转录的调控与MAPK信号通路,这可能是它们参与NSCLC发病的潜在机制。基因BDNF、IRS1、FBXO32、SORL1、NTRK2的表达水平能对NSCLC总生存期预后产生影响,可能在NSCLC发病中扮演者癌基因或抑癌基因等角色,但具体影响效应与它们在NSCLC中的表达水平存在一定矛盾,有待于进一步进行实验验证,也有望成为治疗药物研发、寻找新型生物标志物的潜在靶点。
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