基于生物信息数据库分析TEFM基因在DLBCL中表达研究

2022-03-31 02:39孙晓梅孙如丽温莺璇
关键词:线粒体病理数据库

何 冰,梅 雯,孙晓梅,孙如丽,赵 楠,温莺璇,熊 伟,赵 一

基于生物信息数据库分析基因在DLBCL中表达研究

何 冰1,梅 雯1,孙晓梅1,孙如丽1,赵 楠1,温莺璇1,熊 伟2,*赵 一1

(1.楚雄州人民医院病理科,云南,楚雄 675000;2.大理大学基础医学院,云南,大理 671000)

为了探讨线粒体延伸因子在弥漫性大B细胞淋巴瘤DLBCL中的表达,初步研究其表达与DLBCL患者的临床特征及预后的关系,从数据库中下载关于DLBCL患者mRNA二代测序数据及临床病理资料,分析转录水平与临床病理参数的相关性及其预后价值。结果显示在DLBCL组织中均较正常淋巴组织显著高表达,mRNA表达水平与预后无显著相关性(> 0.05),其表达水平在DLBCL患者不同病理分期中的表达无显著差异(> 0.05)。多因素分析结果显示,表达水平和种族是影响DLBCL患者预后的独立因素。基因表达水平与12、、和基因表达水平呈正相关(< 0.05)。数据库中荟萃了mRNA在DLBCL组织中表达的相关信息,证实mRNA在DLBCL组织中呈高表达,但其表达水平与DLBCL患者预后无明显关联。

;弥漫大B淋巴瘤;ONCOMINE;GEPIA;TCGA;数据库

恶性淋巴瘤(Malignant lymphoma, ML)为一种较为常见的恶性血液肿瘤,占所有恶性肿瘤的3% ~ 4%,包括霍奇金淋巴瘤(Hodgkin lymphoma, HL)和非霍奇金淋巴瘤(Non-Hodgkin lymphoma, NHL),弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)是 NHL最常见的类型,是一种具有侵袭性和异质性的恶性肿瘤[1]。有研究根据基因表达谱将DLBCL分为三种亚型,生发中心B细胞型(germinal center B-cell like, GCB)、活化的B细胞型(activated B-cell-like, ABC)、及未能确定细胞来源的第三型[2]。Hans等[3]人根据免疫染色把后两者统称为非生发中心来源(Non-Germinal center B-cell like, Non-GCB)。有研究认为 GCB-DLBCL的预后比ABC-DLBCL较好,两种类型发病机制不同,治疗方案也不经相同,到目前为止,DLBCL 的发病机制未明[4-5]。近年来DLBCL相关诊疗方法取得了快速发展,利妥昔单抗联合CHOP(R-CHOP)化疗方案大大提高了 DLBCL患者的完全缓解率及5年生存率,但仍有相当一部分复发难治患者治疗效果不理想,仍然严重影响着患者生存率[6]。近年来越来越多与DLBCL相关的异常基因被发现,从分子水平研究DLBCL发病机制有利于发现新的分子靶点,为难治复发患者提供新的治疗手段。

恶性肿瘤的发生不仅与核DNA息息相关,而且与核外的线粒体DNA ( mitochondrial DNA,mt DNA) 异常存在一定关联[7]。哺乳动物线粒体DNA的转录起始、延伸和终止等过程需要许多蛋白质和转录因子的共同参与。有研究表明,线粒体对细胞周期调控、细胞增殖及凋亡调节方面具有重要的作用[8]。因此,线粒体的功能失调与紊乱与线粒体遗传病、线粒体糖尿病及恶性肿瘤等疾病的发生息息相关[9-12]。线粒体延伸因子(Mitochondrial transcription elongation factor,又称为C17orf42,对于线粒体基因组的复制和转录具有重要调控作用,在mtDNA的转录过程中起正调控作用,近年来在Science首次报道[13]。属于线粒体转录延伸因子蛋白超家族,其N端的1~35个氨基酸残基为其进入线粒体的前导肽序列,36~135个氨基酸处有一个高度保守的螺旋-发夹-螺旋结构域,第136~159个氨基酸处为中间连接结构域,第160~360氨基酸为C端结构域[14-16]。为mtDNA复制提供引物,是mtDNA转录和RNA加工所必需的。线粒体基因组的协调复制和转录对细胞能量代谢至关重要。然而,目前尚不清楚复制和转录是否可以同时发生而不相互干扰,以及线粒体DNA拷贝数是否可以被转录机制调控这些问题值得深入探讨。最新的研究发现,能够决定mtRNAP产生多长的转录本。与线粒体RNA聚合酶和新生转录本相互作用阻止了复制引物的产生,增加了转录的活性,从而成为复制和转录之间的重要调节因子。在没有的情况下,形成较短的转录本,线粒体RNA聚合酶从启动子下游终止,为mtDNA复制提供引物;在存在下,增加mtRNAP持续合成能力,形成长转录本,促进基因组转录[16]。

本研通过各种肿瘤生物信息数据库汇总分析基因在DLBCL中的表达,初步研究其表达与DLBCL患者的临床特征及预后的关系。不仅为基因在DLBCL发生、发展中的作用机制提供线索和思路,为后续揭示调控线粒体基因表达及影响DLBCL恶性生物学行为的后续研究奠定基础,也为恶性肿瘤等线粒体缺陷相关疾病的研究提供一定的参考。

1 资料与方法

1.1 数据资料收集

1.1.1 利用Oncomine数据库分析基因在DLBCL中的表达

在Oncomine数据库中可根据自己的需要设定筛选条件。本研究中,我们设定的筛选条件为:①“Gene: C17orf42”;②“Analysis Type: Cancer vs. Normal Analysis”;③“Cancer Type: Lymphoid Neoplasm Diffuse Large B-cell Lymphoma”;④“Date Type: mRNA”;⑤“Sample Type: Clinical Specimen”;⑥临界值设定条件(value<1E-4, fold change 2, gene rank=top 10%)。

1.1.2 利用TCGA数据库进行数据筛选与临床参数进行相关研究

利用R4.0.2软件从TCGA数据库(https:/ /tcga-data. nci. nih. gov/ tcga/)下载得到含有mRNA表达量的49例DLBCL组织样本的临床病理资料数据。通过对临床数据进行筛选,得到含有完整临床病理参数和生存资料的病例,用R4.0.2软件分析DLBCL临床收集样本mRNA表达量及与其病理参数信息进行病理相关性、单因素、多因素及预后统计学分析。

1.1.3 从GEPIA数据库提取数据

在GEPIA数据库中(http://gepia.cancer-pku.cn/)设定筛选和挖掘数据的条件为:①Gene:; ② Cancer name: DLBC; ③“Expression on Box Polts”框中设置条件|Log2FC| Cutoff :1,-value Cutoff: 0.01 ; ④“Pathological Stage Plot”输入; ⑤“Expression on Box Plots”设置条件:Datasets Selection:DLBC;|Log2FC| Cutoff :1;-value Cutoff: 0.01 ; Log Scale:yes; Jitter Size:0.4。

1.1.4 利用cBioprotal 数据库分析TEFM与多个共表达基因在DLBCL中的相关性

cBioprotal 数据库 (http://www.cbioportal.org/)设定的参数条件为:Select studies: Diffuse Large B-cell Lymphoma (TCGA, PanCancer Atlas),;Select Genomic Profiles: mRNA Expression z-Scores (RNA Seq V2 RSEM); Select Patient/Case Set: All samples (48); Enter Genes:。分析在DLBCL数据集中与mRNA表达水平与其他基因相关性。分析DLBCL患者基因突变率。

1.2 统计学分析

基因在DLBCL及正常淋巴组织之间的表达差异及临床病理参数相关性分析,组间比较采用2检验及Fisher确切概率法,Kaplan-Meier生存分析采用Log-rank检验法,单因素和多因素分析采用Cox回归模型,检验水准α= 0.05。以<0.05为差异有统计学意义。

2 结果和分析

2.1 TEFM基因mRNA转录水平与DLBCL的相关性

Oncomine 芯片数据库关于DLBCL的基因芯片研究有4项涉及基因,相关文献分别发表于Nature、J Exp Med、J Invest、Dermatology[17-19]。荟萃分析4项研究的结果发现,与正常淋巴组织(对照组)相比,mRNA在DLBCL中呈现显著地高表达,中位表达数值为4299.5,=0.002(图1)。

1-4分别表示4项研究结果,红色越深表示TEFM基因在该芯片中表达越高

2.2 基于GEPIA数据库对TEFM表达水平的分析

GEPIA数据库挖掘结果显示,在急性髓细胞样白血病、胰腺癌、胆管癌、胶质细胞瘤等多种肿瘤中呈现高表达。对47例DLBCL和337例正常淋巴组织样本进行基因表达差异分析,GEPIA分析显示,与正常淋巴组织相比,DLBCL组织中mRNA表达水平显著升高(图2)。

A: TEFM mRNA在人体不同系统正常组织与肿瘤组织中的表达; B: TEFM mRNA在正常淋巴组织与DLBCL中的表达( * P< 0. 01)

2.3 TEFM在不同DLBCL研究芯片的表达差异

在Oncomine 数据库中对不同类型DLBCL芯片的分析发现,有3项研究均显示,与正常淋巴组织相比,不同类型DLBCL组织中的mRNA呈现高表达,且差异具有统计学意义(< 0.05)(图3)。

注:A、B为mRNA在Compagno Lymphoma Statistics研究芯片中的表达结果;C为mRNA在Brune Lymphoma Statistics研究芯片中的表达结果

图3 Oncomine芯片数据库在不同类型DLBCL研究芯片中的表达(*<0.05)

Fig.3 Expression of TEFM mRNA in different studies of DLBCL identified in the Oncomine database

2.4 TEFM mRNA表达水平与DLBCL患者病理分期的关系

在GEPIA数据库中对不同病理分期DLBCL患者进行mRNA表达水平芯片分析,我们研究结果显示mRNA表达水平在DLBCL患者不同病理分期中的表达无显著差异(>0.05)(One-Way-ANOVA分析得出F值为0.662,其对应值为0.581)(图4)。

图4 TEFM mRNA表达水平与DLBCL患者病理分期的关系

2.5 TEFM与多个基因的相关性分析

本研究利用cBioprotal数据库对TCGA数据集中基因在DLBCL中共表达前4位的基因进行相关性分析。结果显示,基因表达水平与、、和基因表达水平呈正相关,统计学具有显著性差异(图5)。

图5 TEFM基因表达水平在DLBCL患者中与SUZ12P1、SNHG10、METTL17和BCS1L表达水平的相关性

2.6 cBioportal分析TEFM基因在DLBCL组织中的突变

使用 cBioportal 数据库分析 DLBCL组织的基因突变情况,观察到在DLBCL组织中mRNA表达水平增高,无其他突变情况(图 6)。

图6 TEFM在DLBCL组织中突变情况

2.7 TEFM表达与临床病理学相关性

表1 TCGA数据集 mRNA表达水平与DLBCL临床病理相关性分析

Table 1 Relationship between the expression of and clinical pathological characteristics in DLBCL

临床指标TEFM表达水平χ2P值低表达高表达 年龄 < 6015120.0340.561 ≥ 60912 性别 男12100.080.772 女1214 体重 40-80 Kg16150.420.516 80-120 Kg89 种族 亚洲人711 黑种人或非洲裔美国人102.1990.333 白种人1613 放射治疗 是63 否18211.5160.218 肿瘤类型 1.3580.507 非特指型DLBCL2021 原发性中枢系统DLBCL12 原发纵膈(胸腺)DLBCL31 MSIMANTIS评分 高10141.3330.2482 低1410 MSISENSOR评分 高11130.3330.5637 低1311

我们对TCGA数据集中DLBCL患者预后影响因素通过统计分析资料可知,DLBCL患者mRNA表达量与其性别、年龄、体重、种族、放疗、肿瘤类型、微卫星不稳定(MSI)MANTIS评分及MSISENSOR评分均无相关性(> 0.05)(结果见表1)。

2.8 临床病理因素与DLBCL患者的单因素和多因素分析

通过进一步将影响DLBCL癌患者生存预后的因素进行分析(表2)。单因素分析发现,年龄、性别、表达水平、种族与DLBCL患者生存预后无相关性(>0.05)。多因素分析发现,表达水平(= 0.045)和种族(= 0.043)是影响DLBCL患者预后的独立因素(< 0.05)。

表2 影响DLBCL患者生存预后的单因素和多因素分析

Table 2 The single-factor and multi-factor analysis of survival prognosis in DLBCL patient

临床病理因素单因素分析多因素分析 HR95%CIPHR95%CIP 年龄(对照组:<60) ≥601.670.42~6.670.471 5.640.85~37.440.073 性别(对照组:女) 男1.040.25~4.320.958 0.610.10~3.700.587 TEFM表达(对照组:低表达组 ) TEFM高表达组0.210.02~1.700.142 0.090.01~0.940.045 体重(对照组:40-80Kg) 80-120Kg0.70.14~3.480.658 1.940.18~20.650.584 种族(对照组:亚洲人) 黑种人2.240.22~22.340.493 1.130.08~15.290.926 白种人0.220.04~1.280.0920.040.00~0.900.043 TEFM表达水平(对照组:低表达组) 高表达组0.210.02~1.700.142 0.090.01~0.940.045

2.9 TEFM表达与DLBCL患者预后的相关性

通过Kmplot在线数据库分析mRNA表达水平与DLBCL患者预后相关的数据,研究结果表明,mRNA表达量与DLBCL患者的总体生存率(OS)和无病生存率(DFS)均无显著相关:(OS: Logrank=0.79;DFS: Logrank=0.99)(图7)。

3 讨论

线粒体是细胞能量供应的的主要场所,可以通过两种途径为细胞提供能量,在氧气充足的情况下,通过氧化磷酸化来产生ATP,供氧不足时通过糖酵解供能[19]。线粒体不仅发挥着“动力工厂”的作用,而且在肿瘤的发生发展中起重要作用[20]。线粒体可诱发癌变,很可能与以下原因相关:①mtDNA突变,导致激活癌基因或者使抑癌基因失活。②mtDNA突变产生大量活性氧,大量活性氧的产生进一步加剧线粒体DNA的突变,二者相互作用,共同促进肿瘤的发生[21-22]。③MSI在基因突变、能量代谢、肿瘤细胞增殖过程中起重要调控作用[23]。④线粒体影响细胞凋亡,与肿瘤发生发展密切相关。DLBCL在能量代谢方面也存在着明显的异质性,线粒体在DLBCL的发展发展过程中起重要调控作用,或许能为DLBCL的治疗提供理论指导和新的策略[24]。根据能量代谢差异,DLBCL可分为以有氧糖酵解为主要代谢特征的B细胞受体(BCR)-DLBCL亚型和以氧化磷酸化(OxPhos)为主要代谢特征的OxPhos-DLBCL亚型,两种不同亚型的DLBCL细胞调控通路不同,参与BCR-DLBCL亚型细胞有氧糖酵解过程的主要为BCR信号通路、bcl-6和自噬等调节;OxPhos-DLBCL亚型细胞主要参与氧化磷酸化过程[25]。TEFM是线粒体基因组复制和转录的一个调节因子,已有研究显示在不同种类型实体瘤中有基因扩增现象,其基因表达异常可能参与了恶性肿瘤的发生发展过程[26-28]。我们有理由推测DLBCL中可能存在的异常表达。与DLBCL代谢异常的相关研究有很大的研究价值。TCGA数据库是目前最大的癌症基因基因数据库本研究包含了目前为止最大的样本量,增加了样本可信度[29]。

近年来对DLBCL的治疗主要采取一线标准治疗R-CHOP方案,大大改善了患者预后,但难治和复发仍然严重影响着患者生存率。对于复发难治DLBCL目前取得了新进展,比如抑制关键信号通路的靶向药物、免疫治疗等,虽然取得一定成效,但是患者预后并没有明显改善[30-31]。随着肿瘤精准诊疗技术的进展,从分子水平研究DLBCL复发和转移相关机制以及相关分子靶向治疗,对DLBCL新的治疗思路具有重要现实意义。是线粒体基因转录调控中的重要蛋白质因子,并与肿瘤的发生发展密切相关,但目前关于在DLBCL中的表达及其预后意义尚未见报道。本研究中我们通过各种肿瘤生物信息数据库分析发现与正常淋巴组织(对照组)相比,mRNA在DLBCL中呈现极显著地高表达。然后,通过对TCGA数据集中DLBCL患者预后影响因素通过统计分析资料可知,TCGA数据集中DLBCL患者mRNA表达量与性别、年龄、体重、种族、放疗、肿瘤类型、MSIMANTIS评分及MSISENSOR评分均无相关性(>0.05);表达水平和种族是影响DLBCL患者预后的独立因素(< 0.05)。基因表达水平与和基因表达水平呈正相关。GEPIA数据库分析mRNA表达水平在DLBCL患者不同病理分期中的表达无显著差异(> 0.05);mRNA表达量与DLBCL患者的OS和RFS均无显著相关性(> 0.05)(OS: Logrank=0.79;RFS: Logrank=0.99)。

通过对各种肿瘤生物信息学数据库汇总分析发现,基因在DLBCL中表达上调;与基因高表达组相比,基因低表达的DLBCL患者总体生存时间和无病生存时间无明显差异。数据挖掘结果为进一步探究在DLBCL发生发展中的分子机制及精准靶向诊疗提供了理论依据,但是由于各个数据库中结果局限于mRNA表达水平的研究,可能无法完全代表在蛋白质水平的表达情况,后续研究中我们还将通过免疫组织化学实验和Western blot进一步验证蛋白在正常淋巴组织和DLBCL中表达水平。但由于实验样本量有限,在大样本中是否存在这样的内在联系及其内在机制有待进一步更深入的探讨。是否可以通过检测的表达情况,为DLBCL患者寻找新治疗方案提供理论依据仍需进一步研究。

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EXPRESSION OFGENE IN DIFFUSE LARGE B CELL LYMPHOMA BASED ON BIOINFORMATICS DATABASE

HE Bing1, MEI Wen1, SUN Xiao-mei1, SUN Ru-li1, ZHAO Nan1, WEN Yin- xuan1, XIONG Wei2,*ZHAO Yi1

(1.Department of Pathology, Chuxiong People’s Hospital, Chuxiong, Yunnan 675000, China;2.College of Basic Medical Sciences, Dali University, Dali, Yunnan 671000, China)

To explore the expression of (Mitochondrial transcription elongation factor () in diffuse large B cell lymphoma (DLBCL) based on the cancer genome atlas (TCGA) and Oncomine datasets. Furthermore, to elucidate the correlation between the expression ofmRNA and the clinicopathological parameters of DLBCL.The expression data ofand its clinical information in DLBCL were downloaded from TCGA and Oncomine database. Then the relationship between the expression ofand clinicopathological characteristics and the prognostic value ofwere analyzed.ThemRNA expression level in DLBCL was higher than that in normal tissues. Moreover, the survival rate of DLBCL patients in GEPIA database was analyzed. There were no differences about the survival time between the patients with lowexpression and highexpression. There also were no significant differences about the mRNA expression levels ofin different pathological stages in DLBCL patients (>0.05).Multi-factor analysis showed thatexpression levels and ethnicity were independent factor to the prognosis of DLBCL patients. The mRNA expression levels ofwere positively associated with the,,andThe database contained information on the expression ofgene in DLBCL, confirming thatgene was highly expressed in DLBCL tissues. However, the expression ofmRNA was not significantly associated with the prognosis of patients with DLBCL.

; DLBCL; ONCOMINE; GEPIA; TCGA; database

1674-8085(2022)02-0048-08

R735.9

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2022.02.008

2021-08-06;

2021-10-16

国家自然科学基金项目(No.81560458);云南省教育厅科学研究基金项目(2021J0376)

何 冰(1987-),女,云南楚雄州人,主治医师,主要从事分子病理学研究(E-mai:329881525@qq.com);

*赵 一(1975-),男,云南楚雄州人,副主任医师,主要从事分子病理学研究(E-mail:yinlihua930@163.com).

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