PRC1在肺腺癌数据集上表达及其临床预后意义

黄海辉，彭新东，俞琳荟，戴经国

（韶关学院 信息工程学院，广东 韶关 512005）

肺癌（Lung cancer）是目前我国死亡率最高的恶性肿瘤之一，近年来发病率和死亡率持续升高，患者的5年生存率小于15%［1］.肺癌可分为非小细胞肺癌（non⁃small cell lung cancer，NSCLC）和小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC），NSCLC包括腺癌（LUAD）、鳞癌、大细胞癌和腺鳞癌等.而肺腺癌是最常见的肺癌类型，约占所有肺癌的40%.关于肺癌已经有大量研究［2-3］，但是其分子机制仍不完全清楚［1］.因此，探索和发现肺癌发生和进展的分子调控机制，找到肺癌在潜移默化发展过程中的基因调控网络，进而在分子水平上预防或阻断肺癌的进展就显得尤为重要.

细胞分裂是细胞周期的最后事件，将一个细胞分成两个子细胞.细胞分裂调节蛋白1（Protein Regulator of Cytokinesis 1，PRC1）对细胞分裂和正常的细胞裂解至关重要.PRC1基因编码参与胞质分裂的蛋白质，在微管交联中起关键作用.PRC1的失调导致细胞分裂缺陷，促进染色体不稳定，从而可能促进肿瘤的异质性和癌症进化［4］.例如Li等论证了尤因肉瘤特异性致癌转录因子EWSR1-FLI1通过与近端增强子样GGAA-微卫星结合，劫持了生理上保障细胞分裂受控的PRC1，从而促进肿瘤生长和不良的临床结果［5］. Peeters和DuPage指出肿瘤内在的环指蛋白2（RNF2）是Polycomb抑制器复合体1的催化亚单位，在针对乳腺癌的协作性NK和CD4+T细胞抗肿瘤免疫反应中充当负面调节器［6］. Uribe等论证了TSHZ2通过抑制PRC1的磷酸化水平和PRC1的转录水平从而抑制肿瘤的发生发展［7］. Jia等人通过RNA定量分析表征了PRC1在膀胱癌中的失调，阻碍细胞增殖、迁移和侵袭潜能［8］. Su等人指出PRC1驱动了双阴性前列腺癌的骨骼和内脏器官的定植.他们进一步论证了PRC1协调干性与免疫规避和新血管生成，在双阴性前列腺癌中靶向PRC1的潜在临床效用［4］.笔者在之前的关于基因选择的研究［9］中，从20 000多个候选基因集选择了若干预测标记物，其中包含了PRC1，对这些标记物进行了简单的生物学分析，结果发现PRC1等标记物存在一定的生物学意义.然而，截至目前，PRC1在肺腺癌中的表达谱及其可能的致癌作用和分子机制尚未得到充分解释.

笔者通过多种数据库进行数据挖掘，分析PRC1在泛癌特别是肺腺癌中的表达水平及预后意义，为后续研究PRC1在肺腺癌发生发展中的作用提供参考.

1 材料和方法

1.1 数据收集和分析

TCGA泛癌数据和GTEx的PRC1表达和临床数据来自UCSC Xena数据库（https：//xenabrowser.net/datapages/）.为了评估PRC1的表达，从TCGA获得肿瘤组织，并将正常组织与来自TCGA和GTEx数据库的正常组织相结合.肺腺癌微阵列数据获自GEO数据库，包括GEO：GSE18842（平台：HG-U133-Plus2），GSE19804（平台：HG-U133-Plus2）和GSE31547（平台：HG-U133A）.

1.2 相关性和富集分析

采用TCGA数据进行PRC1与肺腺癌其他mRNAs的相关性分析，计算Pearson相关系数.选择与PRC1最正相关的前250个基因进行富集分析，以反映PRC1的作用.使用R包“clusterProfiler”中的EnrichGO功能进行基因本体（GO）分析.使用R包“clusterProfiler”的EnrichKEGG功能进行京都基因和基因组百科全书（KEGG）分析.

1.3 肿瘤突变负荷值（TMB）估计

TMB是每兆字节肿瘤组织突变总数的量度［10］.通过将突变总数除以目标编码区的大小来计算每兆碱基的TMB.TMB来源于Vesteinn Thorsson等人2018年发表的The Immune Landscape of Cancer文章.

1.4 微卫星不稳定性（MSI）值估计

已有研究论证了MSI与癌症发展存在一定的关系［11］，提供了探索疾病发展的新视觉.MSI来源于Russell Bonneville等人2017年发表的Landscape of Microsatellite Instability Across 39 Cancer Types文章.

1.5 统计分析

以上所有分析方法和R软件包均使用v4.0.3版R软件执行.通过Kaplan-Meier和对数秩检验方法评估总体存活率，通过Wilcox检验或Kruskal检验分析亚组差异，P<0.05被认为具有统计学意义.

2 结果分析

2.1 泛癌PRC1表达分析

PRC1在3个肺腺癌数据集GSE19804，GSE18842和GSE31547的高表达（见图1）.

图1 PRC1在3个肺腺癌数据集中的表达分析

2.2 PRC1表达与癌症患者预后的关系

为了评估PRC1在预测癌症患者预后中的价值，在TCGA肺腺癌中分析了PRC1表达与OS之间的关联.结果显示PRC1的较高表达与肺腺癌中的OS降低显著相关（见图2）.

图2 PRC1在肺腺癌中的生存分析

2.3 相关性和富集分析

为了预测PRC1的功能，包括相关通路，使用TCGA数据对PRC1与肺腺癌中的其他基因进行了相关性分析.选择与PRC1最正相关的前300个基因进行富集分析.使用clusterProfiler R包进一步探索了基于前250个基因的潜在功能途径.GO分析表明，PRC1主要与细胞分裂及繁殖相关基因术语相关，包括有丝分裂的细胞周期、单链DNA结合、管蛋白结合、微管结合、微管马达活动、细胞骨架运动活动、加端指导的微管马达活动、ATP依赖性活动等（见图3 A）.此外，KEGG通路分析表明（见图3 B），前250个基因富集在细胞周期及重组等通路，如细胞周期、卵母细胞减数分裂、同源重组、DNA复制等.这些结果表明，PRC1与肺腺癌中的许多恶性肿瘤相关通路相关，尤其是细胞增殖相关通路.

图3 PRC1及其相关基因的富集分析

2.4 肿瘤突变负荷和微卫星分析

进一步评估了PRC1在肺腺癌及其他癌症中与TMB和MSI分析的关系（见图4）.图4中横坐标代表基因与TMB相关系数，纵坐标为不同肿瘤，圆点大小代表相关系数大小，不同颜色代表P值显著性，示意图中颜色越蓝P值越小.PRC1在肺腺癌等大多数疾病中都与TMB和MSI呈现正相关关系，显示出PRC1具有良好的临床研究价值.

图4 泛癌PRC1基因表达与TMB、MSI相关性分析

3 结论

PRC1与许多疾病的进展有关，然而它尚未在各种肿瘤中得到广泛研究.因此，迫切需要阐明PRC1在癌症特别是肺癌的预后、进展和治疗中的作用.

根据研究结果，使用TCGA和GTEx数据，PRC1在泛癌中的表达水平和预后功能表明，与正常组织相比，PRC1在泛癌上具有统计学意义的表达差异.此外，PRC1在3个肺腺癌数据集GSE18842，GSE19804和GSE31547的高表达.不同肿瘤类型中PRC1表达水平的差异可能反映了不同的潜在功能和机制. 研究进一步发现，PRC1的过表达通常预示着具有高PRC1表达的肿瘤患者的预后不良，例如LUAD，MESO和ACC等.PRC1是预测肿瘤患者预后的潜在生物标志物.

肿瘤微环境免疫细胞构成肿瘤组织的关键因素，越来越多的证据支持其在预测肿瘤患者的生存状态和治疗效果方面的临床病理学意义［12］.具体而言，肿瘤突变负荷值（TMB）的浸润水平加速了肺癌的进展［10］.研究表明癌症与微卫星不稳定性（MSI）之间存在依赖关系，其中微卫星不稳定性是由DNA错配修复缺陷引起的［13］.结果显示PRC1与TMB和MSI存在一定的相关性，暗示了PRC1在其中可能扮演者某些角色.

GO结果显示PRC1与细胞分裂及繁殖相关通路密切相关，包括有丝分裂的细胞周期、单链DNA结合、ATP依赖性活动等.同时，KEGG分析表明PRC1参与肺腺癌的细胞周期、卵母细胞减数分裂、DNA复制等通路.暗示了PRC1在肺癌发展中可能占有重要位置.

鉴于PRC1在众多疾病中存在差异表达及良好的潜在预后能力，及其可能在微卫星不稳定性中发挥重要作用，以及在药物指导中也具有一定的预测价值，PRC1可能是肺腺癌有价值的预后生物标志物.