卵巢癌铂类化疗耐药相关基因的识别与分析

卵巢癌铂类化疗耐药相关基因的识别与分析

陈洁

成都市妇女儿童中心医院

摘要：

卵巢癌是导致女性生殖系统肿瘤死亡的最常见原因。卵巢癌的发病率随地理环境和年龄的不同而有很大差异。在发达国家，大多数上皮性卵巢癌（Epithelial ovarian cancer，EOC）女性是在第60-70岁左右被诊断出来的。 EOC的预后较差，其5年生存率仅为30％，由于卵巢位于骨盆侧壁的卵巢窝内，早期阶段既没有有效的诊断方法，也没有特异性的症状，所以卵巢癌在发现时超过70%已经是晚期阶段[1-2]。卵巢癌的一线治疗需进行疾病分期，手术治疗以减少肿瘤体积的细胞减灭术为主，然后是铂类药物和紫杉烷类的细胞毒性化疗，化疗可以在新辅助治疗（手术前）或辅助治疗（手术后）中进行。卵巢癌患者术后化疗的疗效随着患者对化疗耐药的逐渐增加并无明显改善，其五年生存率也无明显提高。因此，提高患者生存率并克服患者化疗耐药亟需研究出新的治疗方案。本研究通过生物信息学方法分析卵巢癌化疗耐药数据，筛选出与卵巢癌化疗耐药相关的基因，对疾病的个体化治疗、新的药物分子靶点的发现、创新药物设计等方面将发挥重要作用。有望提高卵巢癌患者化疗疗效、提高患者的五年生存率。

关键词：卵巢癌 生物信息学 差异表达基因 预后 铂类化疗耐药

卵巢的胚胎组织类型繁多，在原发性各脏器肿瘤中卵巢肿瘤类型最多；卵巢的胚胎组织发生成分复杂，卵巢肿瘤分为良性、恶性和交界性；卵巢的胚胎组织发生具有特殊性，是乳腺癌、子宫内膜癌、胃肠道肿瘤等发生转移的常见部位[3]。

卵巢癌起病隐匿，是目前在世界范围内最致命的妇科恶性肿瘤，其5年生存率约为47％，该数字在过去的20年中一直保持不变[4]。早期诊断可以提高生存率，但不幸的是，只有15％的卵巢癌是在早期阶段被诊断出来[5]。卵巢癌中大部分起源于上皮，卵巢癌的一线治疗方案是联合手术和化疗治疗。尽管大多数肿瘤最初会对这种治疗产生反应，但对于晚期卵巢癌的患者，很可能会在中位生存期16个月内复发[6]。因此，卵巢癌迫切需要新的治疗策略。当前卵巢癌靶向治疗的共同挑战是缺乏有效的生物标记。因此，对卵巢癌耐药基因以及基因富集通路进行相关研究，进一步发现新的生物标记物至关重要。鉴于癌症的异质性和适应性以及下一代测序技术和分子生物学技术的进步，预计将在一大批患者中发现新的致癌靶标。

方法：

本研究从GEO（Gene Expression Omnibus）数据库获得GSE15709，GSE33482两个卵巢癌化疗耐药相关的基因芯片。两个基因芯片中有11个卵巢癌铂类化疗敏感细胞系和11个卵巢癌铂类化疗耐药细胞系。首先，通过limmaR包筛选出每个数据集中的差异表达基因（Differentially expressed genes，DEGs），通过VennDiagramR包筛选出两个数据集中共同DEGs。然后，通过对共同DEGs进行基因本体论（gene ontology, GO）分析和信号通路（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）分析，可以找到不同条件下的共同DEGs与哪些生物学功能或通路显著性相关。接下来，将共同DEGs导入到string数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction ，PPI)分析，并使用cytoscape软件进行可视化,通过cytoscape软件的MCODE插件找到关键差异基因。最后，使用survival包、survminer包分析关键差异基因，筛选出对卵巢癌铂类化疗耐药患者预后影响显著的基因，有望为卵巢癌铂类化疗耐药患者提供新的靶向治疗点。

结果：

1、从GSE15709，GSE33482两个基因芯片中分别筛选出DEGs 2295、2810个，并将其取交集得到共有的DEGs187个。其中，都上调的59个(耐药组/敏感组)，都下调的128个（耐药组/敏感组）。（p<0.05,∣logFc∣>2）。

2、对187个共同DEGs进行富集分析，结果显示DEGs主要富集于肌动蛋白细胞骨架、蛋白质细胞外基质、蛋白质的消化与吸收、ECM-受体信号通、AGE-RAGE信号通路、病毒蛋白与细胞因子和细胞因子受体的相互作用、MAPK信号通路、细胞因子与细胞因子受体的相互作用信号通路等。

3、对187个共同DEGs进行PPI构建，共找到关键差异基因15个。

4、对15个关键差异基因进行生存分析，其中无对卵巢癌铂类化疗耐药患者生存预后影响显著的基因。

结论：

1、15个关键差异基因（COL3A1、COL6A1、COL6A2、IGFBP7、VCAN、POSTN、TIMP3、CCR5、ISL1、CCR1、CXCL6、S1PR2、S1PR1、BST2、STC2），可以被认为是改善卵巢癌铂类化疗耐药患者新的有效靶点。

2、差异表达基因主要富集于肌动蛋白细胞骨架、蛋白质细胞外基质、蛋白质的消化与吸收信号通路、ECM-受体信号通路、AGE-RAGE信号通路、病毒蛋白与细胞因子和细胞因子受体的相互作用、MAPK信号通路、细胞因子与细胞因子受体的相互作用、松弛素信号通路等。

3、这些预测将来应通过一系列实验加以验证。无论如何，这些数据可能会提供一些有用的信息，并指导卵巢癌的潜在生物标记和生物学机制。

卵巢癌铂类化疗耐药是由多因素多途径共同作用的结果，本研究应用生物信息学方法分析基因数据集，从分子角度探索卵巢癌铂类化疗耐药的发生机制。富集通路中的某些基因出现轻微变化即可能使得整条通路的功能出现变化。总之，在当前的研究基础上，可以对富集通路进行进一步研究，也可以对差异表达基因进行体内外实验进一步验证，将感兴趣的差异表达基因应用原位杂交技术制成探针，从分子水平上对卵巢癌患者的预后进行评判。

参考文献：

1. Freimund AE, Beach JA, Christie EL. Bowtell  DDL. Mechanisms of Drug Resistance in High-Grade Serous Ovarian Cancer. Hematol. Oncol. Clin. North Am.  2018;32: 983-996.
2. AliAY,FarrandL,KimJY,ByunS, SuhJY, LeeHJ, TsangBK. Molecular determinants of ovarian cancer chemoresistance: new insights into an old conundrum. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2012;1271: 58-67.
3. AlkemaNG, WismanGB, van der ZeeAG, van VugtMA, de JongS. Studying platinum sensitivity and resistance in high-grade serous ovarian cancer: Different models for different questions. Drug Resist. Updat. 2016;24: 55-69.
4. CormioG, RossiC, CazzollaA, RestaL, LoverroG, GrecoP, SelvaggiL. Distant metastases in ovarian carcinoma .Int. J. Gynecol. Cancer. 2003;13: 125-9.
5. 易晓芳，丰有吉．复发性卵巢癌的化疗进展．肿瘤学杂志,2006;12( 2) : 99-102.
6. 李克敏，尹如铁．复发性卵巢癌的化学治疗．实用妇产科杂志，2017;33(11):815-818.