李少東，洪 森，李世權(quán)，董睿智，梁 斌，康振華

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院，吉林 長(zhǎng)春130021)

胃癌和結(jié)直腸癌是世界上發(fā)病率和死亡率較高的惡性消化道腫瘤，嚴(yán)重影響著患者的生存質(zhì)量，依然是世界各國(guó)重點(diǎn)防治的惡性腫瘤之一。消化道腫瘤的發(fā)生與基因調(diào)控、環(huán)境因素、飲食習(xí)慣等都有很密切關(guān)系。目前國(guó)內(nèi)外認(rèn)為基因調(diào)控仍是發(fā)病的主要因素，胃癌和結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展分別與很多基因有密切關(guān)系，本文通過(guò)NCBI-GEO微陣列數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選到基因表達(dá)譜GSE156355和GSE154127，對(duì)胃癌和結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中的共同基因做出了初步研究，在結(jié)直腸癌基因表達(dá)譜GSE156355篩選到特有的差異基因有738個(gè)，占比為62.9%，在胃癌基因表達(dá)譜GSE156355篩選到特有的差異基因有425個(gè)，占比為36.2%，結(jié)果顯示共檢測(cè)到11個(gè)基因在兩個(gè)基因表達(dá)譜中共同表達(dá)，占比僅為0.9%，其中3個(gè)基因上調(diào)表達(dá)(logFC>0)，8個(gè)基因下調(diào)表達(dá)(logFC<0)。但這11個(gè)基因?qū)颊叽婊盥视绊憶](méi)有明顯的差異，只有CST1基因與正常樣本相比，在胃癌和結(jié)直腸癌樣本中均高表達(dá)。

1 材料與方法

1.1 微陣列數(shù)據(jù)信息

NCBI-GEO被視為微陣列/基因圖譜，我們獲得了基因微陣列基因圖譜，我們?cè)贜CBI-GEO(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi)搜索獲得了在結(jié)直腸癌和胃癌中的基因表達(dá)譜GSE156355和GSE154127?；虮磉_(dá)譜GSE156355是基于GPL21185測(cè)序平臺(tái)，利用全基因組微陣列技術(shù)比較了6例結(jié)直腸癌患者癌組織和6例正常結(jié)直腸組織的基因表達(dá)譜。基因表達(dá)譜GSE154127為了了解胃癌干細(xì)胞獲得5-FU耐藥的分子基礎(chǔ)，使用微陣列來(lái)詳細(xì)描述胃癌中5-FU耐藥和干細(xì)胞特性維持的基因表達(dá)譜，其中包括了4例正常胃組織，3例胃癌組織，3例5-FU干預(yù)治療胃癌組織。

1.2 差異表達(dá)基因(DEGs)的篩選處理

DEGs的篩選通過(guò)GEO2R在線工具識(shí)別，F(xiàn)DR(false discovery rate)表示錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率，它是通過(guò)p value進(jìn)行校正得到的，是差異基因篩選取的關(guān)鍵指標(biāo)。在篩選中，選取P value < 0.05且|logFC |>=2作為標(biāo)準(zhǔn)(Fold Change表示差異倍數(shù))篩選出DEGs。原始數(shù)據(jù)以TXT的格式在Venn軟件(在線提供：http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn/)在線檢查結(jié)直腸癌和胃癌兩個(gè)數(shù)據(jù)集中常見(jiàn)的DEGs，logfc<0的DEGs被認(rèn)為是下調(diào)基因，而logfc>0的DEGs被認(rèn)為是上調(diào)基因。

1.3 核心基因的生存分析及RNA測(cè)序表達(dá)

Kaplan-Meier繪圖儀[1]是一個(gè)常用的網(wǎng)站工具，基于EGA、TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)和GEO(僅限Affymetrix微陣列)用于評(píng)估大量基因?qū)ι媛实挠绊?，并在曲線圖上顯示出來(lái)。為了驗(yàn)證這些DEGs，我們應(yīng)用GEPIA網(wǎng)站[2]對(duì)來(lái)自GTEx項(xiàng)目和TCGA的數(shù)千個(gè)樣本的RNA測(cè)序表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

2 結(jié)果

2.1 直腸癌和胃癌差異表達(dá)基因(DEGs)的識(shí)別

通過(guò)GEO2R在線工具，提取基因表達(dá)譜GSE156355和GSE154127中的數(shù)據(jù)，以P value < 0.05且|logFC |>=2作為標(biāo)準(zhǔn)，用維恩圖軟件識(shí)別出了兩個(gè)數(shù)據(jù)集中共有的DEGs，在結(jié)直腸癌基因表達(dá)譜GSE156355篩選到特有的差異基因有738，占比為62.9%，在胃癌基因表達(dá)譜GSE156355篩選到特有的差異基因有425，占比為36.2%，結(jié)果顯示在共檢測(cè)到11個(gè)基因在兩個(gè)基因表達(dá)譜中共同表達(dá)，占比僅為0.9%，其中3個(gè)基因上調(diào)表達(dá)(logFC>0)，8個(gè)基因下調(diào)表達(dá)(logFC<0)，詳見(jiàn)圖1和表1。

圖1 通過(guò)Venn diagrams軟件驗(yàn)證兩個(gè)數(shù)據(jù)集(GSE156355和GSE154127)中公共的DEGs

表1 11個(gè)共有差異表達(dá)基因(DEGs)

2.2 核心基因的生存分析

KaplanMeierplotter(http://kmplot.com/analysis)對(duì)11個(gè)共有差異表達(dá)基因的存活率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這11個(gè)基因?qū)颊叽婊盥蕸](méi)有明顯的差異；P值均大于0.05。用GEPIA技術(shù)挖掘出11個(gè)基因在正常人和癌癥病人之間的表達(dá)水平，結(jié)果表明，結(jié)果只有CST1基因與正常樣本相比，在結(jié)直腸癌和胃癌樣本中均高表達(dá)(P<0.05)，(圖2)。

圖2 CST1基因在腫瘤組織和正常組織中的表達(dá)

3 討論

為了識(shí)別更多差異基因在消化道腫瘤中的表達(dá)，本文在NCBI-GEO微陣列數(shù)據(jù)庫(kù)中，篩選胃癌和結(jié)直腸癌基因譜，共有6例結(jié)直腸癌患者癌組織和6例正常結(jié)直腸組織，3例正常胃組織，3例胃癌組織，3例5-FU干預(yù)治療胃癌組織。以P value < 0.05且|logFC |>=2作為標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)直腸癌基因表達(dá)譜GSE156355篩選到特有的差異基因有738，占比為62.9%在胃癌基因表達(dá)譜GSE156355篩選到特有的差異基因有425，占比為36.2%，結(jié)果顯示在共檢測(cè)到11個(gè)基因在兩個(gè)基因表達(dá)譜中共同表達(dá)，占比僅為0.9%，其中3個(gè)基因上調(diào)表達(dá)(logFC>0)，8個(gè)基因下調(diào)表達(dá)(logFC<0)，生存分析發(fā)現(xiàn)這11個(gè)基因?qū)颊叽婊盥蕸](méi)有明顯的差異；但CST1基因與正常樣本相比，在結(jié)直腸癌和胃癌樣本中均高表達(dá)。

胃癌[3]和結(jié)直腸癌[4]是世界上發(fā)病率和死亡率較高的惡性消化道腫瘤，嚴(yán)重影響著患者的生活質(zhì)量，惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與基因表達(dá)異常和突變等有密切關(guān)系，目前已明確了腫瘤發(fā)生的部分機(jī)制。半胱氨酸蛋白酶抑制劑(CST)是對(duì)半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用的一類蛋白質(zhì),廣泛分布于人體體液和分泌液中[5]。目前研究表明CST超家族與腫瘤之間具有密切聯(lián)系,在多種腫瘤中都能檢測(cè)到CST1基因所表達(dá)的產(chǎn)物[6]；也有研究表明，CST1基因異常表達(dá)與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，近年來(lái)大量研究表明，過(guò)度表達(dá)的CSTl在惡性腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移及浸潤(rùn)等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[7]。胃癌中CST1基因異常高表達(dá)，RNA干擾其表達(dá)后可降低細(xì)胞增殖，RNA干擾CST1基因表達(dá)可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲[8]。CST1在結(jié)直腸癌中高表達(dá),且高表達(dá)將縮短結(jié)直腸癌患者生存期,過(guò)表達(dá)CST1能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力[9]。

本文研究發(fā)現(xiàn)在胃癌和結(jié)直腸癌中，CST1基因上調(diào)表達(dá)，與正常樣本相比，在腫瘤組織中均高表達(dá)，推測(cè)CST1基因與胃癌和結(jié)直腸癌的發(fā)生密切相關(guān)，可以作為檢測(cè)的重要指標(biāo)，可以作為消化道腫瘤診療中的有效靶點(diǎn)。