盛超,金芳和
1 湖南中醫(yī)藥大學(xué) 湖南長沙 410208 2 湖南中醫(yī)藥大學(xué)附屬常德醫(yī)院 湖南常德 415000
根據(jù)卵巢惡性腫瘤診斷與治療指南(2021年版)指出[1],卵巢癌是嚴(yán)重威脅婦女健康的惡性腫瘤之一,發(fā)病率在女性生殖系統(tǒng)惡性腫瘤中位居第3 位,病死率居?jì)D科惡性腫瘤之首。卵巢癌以上皮性腫瘤最為常見,占90%以上。占5%~6%,生殖細(xì)胞腫瘤占2%~3%[2]。在上皮性卵巢癌中,高級別漿液性癌(high grade serous carcinoma,HGSC)占70%,子宮內(nèi)膜樣癌占10%,透明細(xì)胞癌占10%,黏液性癌占3%,低級別漿液性癌(low grade serous carcinoma,LGSC)<5%[3]。其中在卵巢漿液性腺癌(Ovarian serous cystadenocarcinoma,OV)中,高級別漿液性癌與低級別漿液性癌均為惡性腫瘤[1]。而對于上皮性卵巢癌的化療,卡鉑-紫杉醇聯(lián)合化療仍然是一線化療的首選方 案[4]。然而,由于耐藥性強(qiáng),大多數(shù)患者最終復(fù)發(fā),特別是對于鉑類藥物[5]。因此,藥物的選擇對于OV 靶點(diǎn)的干預(yù)顯得尤為重要。
本研究采用生物信息學(xué)方法,以O(shè)V 核心差異預(yù)后基因?yàn)槁淠_點(diǎn),構(gòu)建OV 預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)評分系統(tǒng),開發(fā)有效的臨床預(yù)后預(yù)測模型,分析預(yù)后基因的免疫浸潤情況,望篩選出臨床有效治療OV 的潛在中藥,為中醫(yī)藥干預(yù)卵巢癌提供了新思路。
通過癌癥基因組圖譜TCGA(https://portal.gdc.cancer.gov/)數(shù)據(jù)庫,下載卵巢漿液性腺癌RNAseq 及其對應(yīng)臨床信息數(shù)據(jù)。
采 用R 語 言DESeq2 包[6],以 |log2(FC)|>1.0、p.adj<0.05 為篩選條件,對卵巢漿液性腺癌轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異分析,獲取卵巢漿液性腺癌差異基因(Differentially Expressed Genes,DEGs)。
采用R 語言survminer、survival 包,以卵巢漿液性腺癌患者的總體生存期(Overall Survival,OS)及生存時(shí)間為結(jié)局變量,通過單因素Cox 回歸分析,以P<0.05 為篩選條件,獲取卵巢漿液性腺癌預(yù)后分子[7]。
通 過Bioinformatics(http://bioinformatics.psb.ugent.be/beg)數(shù)據(jù)庫,取卵巢漿液性腺癌差異基因及預(yù)后分子的交集,繪制韋恩圖,獲取卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因。
采用R 語言survminer 包[7]構(gòu)建卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因的Kaplan-Meier(KM)生存曲線,以卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因表達(dá)的中位值為臨界值,將卵巢漿液性腺癌患者分為高、低表達(dá)組,繪制生存曲線,評判高、低表達(dá)在卵巢漿液性腺癌中的生存預(yù)后價(jià)值,以P<0.05 為篩選條件,聚焦卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因。
通 過TCGA、GTEx(https://commonfund.nih.gov/GTEx/)數(shù)據(jù)庫[8],采用R 語言 pROC 包、ggplot2 包繪制受試者工作特征曲線(Receiver Operating Characteristic curve,ROC),以AUC>0.7 為篩選條件,聚焦卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因。同時(shí)滿足KM 生存曲線P<0.05,且AUC>0.7 的卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因納入為核心差異預(yù)后基因。
為進(jìn)一步研究核心差異預(yù)后基因在卵巢漿液性腺癌患者中的表達(dá)及其相關(guān)性,對TCGA 數(shù)據(jù)集中卵巢漿液性腺癌樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行非配對樣本t 檢驗(yàn)及Spearman 相關(guān)性分析,并采用R 語言ggplot2 包繪制箱式圖、相關(guān)性熱圖及弦圖。
采用R 語言survival 包,對卵巢漿液性腺癌樣本中7 個(gè)核心差異預(yù)后基因表達(dá)數(shù)據(jù)與臨床信息OS 及生存時(shí)間,進(jìn)行單因素及多因素Cox 回歸分析,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)評分(Riskscore)。風(fēng)險(xiǎn)評分為各核心差異預(yù)后基因表達(dá)量與其對應(yīng)多因素Cox 回歸系數(shù)的乘積之和。以風(fēng)險(xiǎn)評分的中位數(shù)為截?cái)嘀?,將TCGA 數(shù)據(jù)集中379 例卵巢漿液性腺癌樣本分為高、低風(fēng)險(xiǎn)組。采用KM 生存曲線與時(shí)間依賴性ROC 曲線對風(fēng)險(xiǎn)評分系統(tǒng)進(jìn)行生存預(yù)后分析,并評估其1年、3年、5年生存預(yù)后。
納入卵巢漿液性腺癌患者的臨床信息與風(fēng)險(xiǎn)評分,包括FIGO 分期、療效評價(jià)、年齡、Grade 分級、解剖腫瘤分部、靜脈入侵、淋巴入侵、腫瘤殘留、腫瘤狀態(tài)、腫瘤有無情況,進(jìn)行單因素及多因素Cox 回歸分析,將單因素Cox 分析得到的P<0.1 的自變量進(jìn)一步納入多因素Cox 回歸模型,篩選卵巢漿液性腺癌的獨(dú)立預(yù)后因子。采用R 語言rms 包構(gòu)建獨(dú)立預(yù)后因子的臨床預(yù)測模型諾莫圖,并分子總體評分的1年、3年、5年生存概率分析。最后采用Calibration 分析與決策曲線分析(Decision Curve Analysis,DCA)對卵巢漿液性腺癌臨床預(yù)測模諾莫圖進(jìn)行評價(jià)。
通過TCGA 數(shù)據(jù)庫,以P<0.05 為篩選條件,采用CIBERSORT 反卷積法篩選卵巢漿液性腺癌樣本數(shù)據(jù),分析卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因與各免疫細(xì)胞間的 Spearman 相關(guān)系數(shù)[9-10],采用R 語言ggplot2 包繪制卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因與免疫浸潤中免疫細(xì)胞的相關(guān)性熱圖。
通 過Coremine(https://www.coremine.com/medical/)、TCMSP(https://tcmsp-e.com/)、TCMIP(http://www.tcmip.cn/)數(shù)據(jù)庫,以P<0.05 篩選條件,反向篩選卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因潛在中藥。
采用R 語言DESeq2 包,獲取卵巢漿液性腺癌346 個(gè)DEGs,其 中270 個(gè) 高 表 達(dá),76 個(gè) 低 表 達(dá)(圖1A);采用survminer、surcival 包單因素cox 回歸,獲取1645 個(gè)預(yù)后分子。取差異基因及預(yù)后分子的交集,獲得14 個(gè)卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因(圖1B、表1)
表1 卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因描述及主要功能
圖1 卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因火山圖及韋恩圖
以P<0.05 且AUC>0.7 為篩選條件,采用KM 生存曲線與ROC 曲線,分析卵巢漿液性腺癌差異預(yù)后基因的生存預(yù)后,發(fā)現(xiàn)C20orf204 與卵巢漿液性腺癌患者生存預(yù)后不顯著(P>0.05),MCCD1、KRT4、TEX37、FO681492.1、ERVMER34-1、BLK 的ROC 診斷效價(jià)較低(AUC<0.7),AUG 值依次為:0.699、0.619、0.618、0.553、0.497、0.479。最終納入SAA2-SAA4、FGF20、ADGRG5、EPB41L1、TRPM3、DAP1、KLK3 共7 個(gè)卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因,其中SAA2-SAA4、ADGRG5、EPB41L1、DAP1 在卵巢漿液性腺癌中顯著高表達(dá)(P<0.001),F(xiàn)GF20、TRPM3、KLK3 在卵巢漿液性腺癌中顯著低表達(dá)(P<0.001)(圖2A)。
進(jìn)一步表達(dá)相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)(圖2B、圖2C),SAA2-SAA4 與DAPL1 正 相 關(guān) 性 最 強(qiáng)(cor=0.18),與KLK3 負(fù) 相 關(guān) 性 最 強(qiáng)(cor=-0.06)。FGF20 與TRPM3 正相關(guān)最強(qiáng)(cor=0.24),與DAPL1 負(fù)相關(guān)性最 強(qiáng)(cor=-0.05)。ADGRG5 與EPB41L1 正 相 關(guān) 最強(qiáng)(cor=0.14),與KLK3 負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)(cor=-0.09)。EPB41L1 與KLK3 正相關(guān)最強(qiáng)(cor=0.16),與TRPM3負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)(cor=-0.01)。TRPM3 與FGF20 正相關(guān)最強(qiáng)(cor=0.24),與SAA2-SAA4 負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)(cor=-0.08)。DAPL1 與SAA2-SAA4 正相關(guān)最強(qiáng)(cor=0.18),與KLK3 負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)(cor=-0.12)。KLK3 與EPB41L1 正相關(guān)最強(qiáng)(cor=0.16),與DAPL1 負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)(cor=-0.12)。
圖2 卵巢漿液性腺癌差異核心預(yù)后基因表達(dá)差異及分子間相關(guān)性
對卵巢漿液性腺癌樣本中7 個(gè)核心差異預(yù)后基因多因素Cox 回歸分析發(fā)現(xiàn)(圖3A),SAA2-SAA4、ADGRG5、TRPM3、DAPL1(P<0.05)均可作為卵巢漿液性腺癌的獨(dú)立預(yù)后基因。KM 生存曲線(圖3B)與時(shí)間依賴性ROC 曲線(圖3C)發(fā)現(xiàn),7 個(gè)核心差異預(yù)后基因構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)評分系統(tǒng)能顯著區(qū)分生存,低風(fēng)險(xiǎn)評分具有的生存預(yù)后(P<0.001),風(fēng)險(xiǎn)評分的HR=2.03>1(95%CI,1.55-2.64),是卵巢漿液性腺癌的 危 險(xiǎn) 因 素;time-ROC 的1年、3年、5年AUC 面 積分別為0.629、0.622、0.684,提示風(fēng)險(xiǎn)評分能較好的評估生存預(yù)后,且5年的預(yù)測能力最佳。
對納入卵巢漿液性腺癌患者的臨床信息與風(fēng)險(xiǎn)評分進(jìn)行單因素、多因素Cox 回歸分析(圖3D、E),發(fā)現(xiàn)FIGO 分期、年齡、腫瘤狀態(tài)、腫瘤有無、風(fēng)險(xiǎn)評分是卵巢漿液性腺癌患者的預(yù)后因素,進(jìn)一步多因素Cox回歸分析發(fā)現(xiàn)腫瘤有無與風(fēng)險(xiǎn)評分是卵巢漿液性腺癌患者的獨(dú)立預(yù)后因子。納入腫瘤有無與風(fēng)險(xiǎn)因子,構(gòu)建臨床預(yù)測模型諾莫圖,以預(yù)測1年、3年、5年的生存概率(圖3F)。Calibration 預(yù)后(圖3G)與DCA(圖3H)分析發(fā)現(xiàn),卵巢漿液性腺癌臨床預(yù)測模型諾莫圖具有較好的預(yù)測效能,DCA 亞型分析發(fā)現(xiàn)腫瘤有無與風(fēng)險(xiǎn)評分聯(lián)合評價(jià)生存預(yù)后具有更好的效能。
圖3 卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因風(fēng)險(xiǎn)評分系統(tǒng)構(gòu)建及臨床預(yù)測模型開發(fā)
卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因與免疫浸潤細(xì)胞的相關(guān)性熱圖表明(圖4),SAA2-SAA4 分子與Neutrophils 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)性(cor=0.367)、與NK cells 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(cor=-0.098);FGF20 與Tcm 細(xì)胞呈現(xiàn)出較強(qiáng)的最相關(guān)性(cor=0.118)、與Treg 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(cor=-0.100);ADFRG5 與B 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)性(cor=0.494);EPB4L1 與Th17 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)性(cor=0.205)、與Th2 cells 呈現(xiàn)出最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(cor=-0.285)。TRPM3 與NK 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)性(cor=0.220)、與Th17 cells 呈現(xiàn)出最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(cor=-0.094);DAPL1 與Th17 cells 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)性(cor= 0.119)、與NK 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(cor=-0.263);KLK3 與NK 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)性(cor=0.218)、與 Cytotoxic cells 細(xì)胞呈現(xiàn)出最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(cor=-0.216)。
圖4 卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因與免疫浸潤細(xì)胞相關(guān)性熱圖
Coremine 數(shù)據(jù)庫預(yù)測出FGF20 等4 個(gè)卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因的卵巢漿液性腺癌潛在中藥共18 個(gè),其中,F(xiàn)GF20、EPB41L1 均與一味中藥相關(guān)(地榆、水蛭),DAPL1 與7 味中藥相關(guān)(三七葉等),KLK3 與9 味中藥相關(guān)(蟛蜞菊等),且地榆、三七葉、三七花度值較高,提示其與卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因的關(guān)系更為密切(圖5A)。
卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因歸經(jīng)數(shù)量從大到小依次為:KLK3>DAPL1>FGF20>EPB41L1,藥物多歸于肝經(jīng)(圖5B),功效多與補(bǔ)虛止血相關(guān)(圖5C)。其中,整合Coremine 數(shù)據(jù)庫、TCMSP 數(shù)據(jù)庫、TCMIP數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn),尚未有報(bào)道顯示能結(jié)合SAA2-SAA4、ADGRG5 TRPM3 此3 個(gè)卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因的有效組分/中藥。
圖5 卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因潛在中藥網(wǎng)絡(luò)圖
腫瘤的發(fā)生發(fā)展、損傷修復(fù)、死亡與增殖是一個(gè)連續(xù)的過程,是基因、炎癥及miRNA 改變等綜合因素作用的結(jié)果[11-12]。而卵巢漿液性腺癌作為最常見的卵巢癌,發(fā)展迅速,極易出現(xiàn)盆腹腔播散和腹膜后淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[13]。卵巢漿液性腺癌的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)是多因素、多步驟、多階段和多基因改變的結(jié)果,其中包括抑癌基因的失活與激活,這兩種改變可使細(xì)胞生長和分化的調(diào)節(jié)失控,進(jìn)一步導(dǎo)致基因突變和細(xì)胞異常增殖[14]。因?yàn)槿狈μ禺愋园Y狀和缺乏有效的早期診斷方法,大多數(shù)卵巢漿液性腺癌患者在晚期才被診斷出來,這導(dǎo)致了此類患者預(yù)后不良[15]。卵巢漿液性腺癌的發(fā)病率呈上升趨勢,化療作為治療卵巢漿液性腺癌的主要手段,而長期化療常常使卵巢漿液性腺癌患者的精神處于焦慮的狀態(tài),因此,有效的治療方法成為高發(fā)病率、高轉(zhuǎn)移率的卵巢漿液性腺癌患者的迫切需要[16]。
本研究以TCGA 數(shù)據(jù)庫臨床信息為源,對OV 進(jìn)行差異分析與預(yù)后分子的篩選,發(fā)現(xiàn)OV 有342 個(gè)DEGs,其中270 個(gè)DEGs 高表達(dá),72 個(gè)DEGs 低表達(dá),OV 存在1645 個(gè)預(yù)后分子。通過將得出的14 個(gè)OV差異預(yù)后基因構(gòu)建 KM 生存曲線與ROC 曲線,最終得到SAA2-SAA4、FGF20、ADGRG5 等7 個(gè)OV 核心差異預(yù)后基因,提示其可作為干預(yù)OV 的分子。KM 生存曲線、時(shí)間ROC 曲線揭示了OV 低風(fēng)險(xiǎn)組患者預(yù)后較好,且對5年OV 患者的預(yù)測最為準(zhǔn)確。通過多因素Cox 回歸分析,構(gòu)建了卵巢漿液性腺癌的風(fēng)險(xiǎn)評分系統(tǒng),明確風(fēng)險(xiǎn)評分可以作為獨(dú)立預(yù)后危險(xiǎn)因子,低風(fēng)險(xiǎn)評分具有良好的生存預(yù)后。同時(shí)以風(fēng)險(xiǎn)評分為基礎(chǔ),開發(fā)了卵巢漿液性腺癌的臨床預(yù)測模型諾莫圖,并對其進(jìn)行評價(jià),對1年、3年、5年的生存預(yù)后具有較好的預(yù)測效能,可進(jìn)行臨床推廣。免疫浸潤結(jié)果構(gòu)建了7 個(gè)卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因與24種免疫細(xì)胞的相關(guān)性,并計(jì)算了靶基因與免疫細(xì)胞的相關(guān)性系數(shù)。Coremine 數(shù)據(jù)庫預(yù)測出18 個(gè)OV 潛在中藥,藥物多歸于肝經(jīng),功效多與補(bǔ)虛止血相關(guān),為中醫(yī)藥干預(yù)OV 提供了理論依據(jù)。
已有研究指出,SAA2-SAA4 與透明細(xì)胞腎癌(ccRC)的發(fā)生有關(guān)[17]。FGF20 可抑制腫瘤血管的生成和生長[18]。Abanoub A.Gad 指出,ADGRG5 的表達(dá)下調(diào)可延緩乳腺癌細(xì)胞粘附。研究表明,EPB41L5與多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、結(jié)直腸癌、腎透明細(xì)胞癌等腫瘤疾病的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移有關(guān)[19-21]。陳利俠指出,TRPM3 可通過Wnt/β-catenin 信號(hào)通路誘導(dǎo)上皮性卵巢癌細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[22]。 DAPL1 通過細(xì)胞生長、衰老和細(xì)胞凋亡等過程影響卵巢顆粒細(xì)胞的壽命,與卵巢顆粒細(xì)胞的發(fā)生、生長、分化有關(guān)[19,23]。 DAPL1也可通過低甲基化影響肺癌患者的預(yù)后[24]。 KLK3可通過抑制血管生成起到促進(jìn)腫瘤生長與轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的 作 用[25]。因 此,SAA2-SAA4、FGF20、ADGRG5、EPB41L5、TRPM3、DAPL1、KLK3 均可作為與腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)的靶點(diǎn)。
中醫(yī)認(rèn)為,卵巢漿液性腺癌可歸于“石瘕”“癥瘕”等范疇。《金匱要略》揭示了瘀血、水濕留滯,積久成癥是形成卵巢癌的主要原因[26]。卵巢癌的總體病機(jī)為本虛標(biāo)實(shí),正虛為本,邪實(shí)為標(biāo),正氣虧虛,六淫邪氣乘虛入侵,與氣血相搏,導(dǎo)致氣血失調(diào),瘀血內(nèi)停,集于胞絡(luò)之中,日久痰、瘀、毒邪滯留成癌[27]。瘀血既是致病因素,又是病理產(chǎn)物[26]?;钛鍪桥R床治療腫瘤的常用方法,該方法對惡性腫瘤有抑制轉(zhuǎn)移作用,且不良反應(yīng)較少,還可增強(qiáng)化療藥物的療效[28]。因此,活血化瘀療法可作為治療卵巢癌的基本治法。三七葉作為化瘀止血藥,其中的有效成分三七素具有止血之功、人參皂苷Rg1 兼活血之效,在止血的同時(shí)又可活血而不留瘀[29]。三七葉可通過抑制腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的血小板聚集從而起到抑制腫瘤生長、轉(zhuǎn)移的作用[30]。三七花清熱解毒以抑菌抗癌。地榆中的地榆皂苷具有低毒性、高脂溶性以及抗腫瘤活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可通過增強(qiáng)細(xì)胞凋亡蛋白caspase-3 和caspase-9的活性、抑制VEGF 的表達(dá)等,也可通過直接殺死腫瘤細(xì)胞、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和抑制腫瘤轉(zhuǎn)移,最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡或壞死[31]。吳曉晴[32]通過對益氣活血解毒方(生黃芪30g、枸杞子15g、炒白術(shù)15g、山藥15g、三棱6g、莪術(shù)9g、女貞子15g、海藻15g、青皮9g、烏藥9g、肉桂6g、青蒿12g、白花蛇舌草15g)治療鉑耐藥卵巢癌療效,和對巨噬細(xì)胞表型的影響研究,顯示其可延長晚期鉑耐藥卵巢癌患者的PFS,能降低外周血中IL-6 水平,緩解免疫抑制。李航等[33]發(fā)現(xiàn)對復(fù)方丹參滴丸(丹參、三七為主要提取物)能夠有效的抑制住腫瘤組織內(nèi)的VEGF 水平,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡,抑制腫瘤的細(xì)胞的增長和遷徙。因此,三七葉、三七花、地榆可作為臨床干預(yù)卵巢漿液性腺癌的中藥。
本研究基于生物信息學(xué)多種數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建卵巢漿液性腺癌風(fēng)險(xiǎn)評分系統(tǒng)及臨床預(yù)測模型,通過篩選卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因,并對卵巢漿液性腺癌核心差異預(yù)后基因進(jìn)行免疫浸潤的分析、潛在中藥的預(yù)測,為中醫(yī)藥干預(yù)婦科腫瘤提供了可行性思路。