趙 佳，黃琪峰，張 菁

(浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院藥學部，浙江 杭州 310016)

原發(fā)性支氣管肺癌簡稱為肺癌，起源于支氣管黏膜上皮及肺泡，主要分為非小細胞肺癌和小細胞肺癌。其中非小細胞肺癌包含肺腺癌、肺鱗癌及大細胞肺癌，約占肺癌的85%[1]。肺腺癌是非小細胞肺癌最常見的組織學亞型，患者5年生存率低于15%[2]。近年來，除不斷完善肺癌患者的治療外，尋求有效指導臨床診斷的腫瘤標志物也成為肺腺癌研究的熱點。嘌呤對能量代謝、細胞信號傳導和細胞繁殖至關重要；同時，也是輔酶、能量轉移分子、調節(jié)因子和參與RNA、DNA合成的前體蛋白[3]。磷酸核糖甘氨酰胺轉甲酰酶(GART)催化嘌呤從頭合成的第1次依賴葉酸的轉甲?；磻猍4]。癌細胞需要大量嘌呤來維持其加速生長[5]。因此，GART作為癌癥化療的一個研究熱點而受到廣泛關注。然而，GART基因在肺腺癌患者預后中的作用尚鮮見相關文獻報道。本研究利用生物信息學手段分析了肺腺癌組織GART基因變化及其臨床意義，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源 2020年1月收集癌癥芯片數(shù)據(jù)庫Oncomine(https://www.Oncomine.org/resource/main.html)、癌癥基因組學分析門戶網站cBioPortal(http://www.cbioportal.org/)、癌癥基因組學門戶網站UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu/index.html)、生物信息學數(shù)據(jù)庫DAVID 6.8(https://david.ncifcrf.gov/)中肺腺癌組織GART基因變化及其與患者預后關系的相關數(shù)據(jù)。

1.2方法

1.2.1cBioPortal cBioPortal是一個交互式探索多維癌癥基因組學數(shù)據(jù)集的開放網站[6]。登錄cBioPortal 網站首頁，數(shù)據(jù)集選擇“Lung adenocarcinoma(TCGA PanCancer Atlas)”，病例組選擇“Tumor Samples with mRNA data(RNA Seq V2，510)”，分別分析GART基因突變、拷貝數(shù)畸變、mRNA 水平變化及GART高表達與患者預后的關系。分析GART mRNA水平變化時選擇RNA測序結果，且選擇默認閾值(表達量大于或等于2)。

1.2.2Oncomine Oncomine是目前世界上最大的腫瘤基因芯片數(shù)據(jù)庫和整合數(shù)據(jù)提取平臺[7]。登陸Oncomine數(shù)據(jù)庫首頁，輸入基因名稱“GART”。分析其在Lung adenocarcinoma及肺正常組織的表達情況。

1.2.3UALCAN UALCAN是癌癥基因組學門戶網站[8]，登錄UALCAN 網站首頁，數(shù)據(jù)庫類型選擇“Lung adenocarcinoma”，輸入基因名稱“GART”，分析GART基因表達變化及其與患者預后(生存率)的關系。為考慮患者臨床特征對GART表達模式的影響，在UALCAN數(shù)據(jù)庫中根據(jù)患者性別、年齡、種族、吸煙狀況及疾病分級情況對健康者和肺腺癌患者GART轉錄水平進行亞組分析。

1.2.4DAVID DAVID是一個生物信息數(shù)據(jù)庫，整合了生物學數(shù)據(jù)和分析工具，為大規(guī)?；蚧虻鞍琢斜?成百上千個基因ID或蛋白ID列表)提供了系統(tǒng)綜合的生物功能注釋信息，幫助用戶從中提取生物學信息[9]。登錄DAVID v6.8首頁，導入基因列表，獲得GO及KEGG-pathway富集通路。為確定GART在肺腺癌中的生物相互作用網絡，選取UALCAN數(shù)據(jù)庫中與GART基因共表達基因的包括1個負相關基因和2 798個正相關基因。對這些基因進行GO分析。

2 結 果

2.1Oncomine 數(shù)據(jù)庫分析結果 GART在多種腫瘤中均有表達變化。本研究選取肺腺癌繼續(xù)進行研究。與正常組織比較，其中7個數(shù)據(jù)集的肺腺癌患者GART 基因表達明顯上調。見圖1。

A.GART基因在不同類型腫瘤中的表達情況，1.紅色代表異常高表達，藍色代表異常低表達；2.方格里的數(shù)字表示有多少個數(shù)據(jù)集的研究結果支持;B.GART基因在Landi數(shù)據(jù)集中的表達情況；C.GART基因在Selamat數(shù)據(jù)集中的表達情況；與正常組織比較，aP<0.05。

2.2cBioPortal 數(shù)據(jù)庫分析結果 501例肺腺癌患者中發(fā)生GART基因改變38例,包括錯義突變、截短突變、基因融合、拷貝數(shù)畸變和mRNA水平上調；GART基因高表達不利于患者預后，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；GART在腫瘤組織中表達明顯高于正常組織。見圖2。

A.肺腺癌組織GART基因表達變化；B.肺腺癌組織GART表達變化與患者預后(生存率)的關系；C.GART基因在基于樣本類型的肺腺癌中的表達情況。

2.3UALCAN數(shù)據(jù)庫分析結果 肺腺癌組織GART基因表達明顯升高，且在40歲以上、吸煙人群中GART的表達更為顯著。見圖3。

A.GART在健康者及肺腺癌患者各年齡段(>20～40、>40～60、>60～80、>80～100歲)的相對表達比較；B.GART在健康者及肺腺癌患者不同性別的相對表達比較；C.GART在健康者及肺腺癌患者吸煙狀況、戒煙各年齡段的相對表達比較；D.GART在任何種族個體及肺腺癌患者白人、非裔美國人、亞洲人的相對表達比較；E.GART在健康者及肺腺癌患者各階段(stage1、stage2、stage3、stage4)的相對表達比較；F.GART在健康者及肺腺癌患者各分期(N0、N1、N2、N3)的相對表達比較。與健康者比較，aP=0.001。

2.4DAVID富集分析結果 基因編碼主要定位于細胞核、核質和細胞質；分子功能為蛋白質結合、多聚RNA結合和ATP結合；主要參與細胞分裂、姐妹染色單體黏著和DNA復制等生物學過程；類似地，京都基因和基因組百科全書(KEGG)途徑分析顯示，細胞周期、RNA轉運、DNA復制等途徑的富集。見圖4。

A.氣泡圖展示了在肺腺癌中與GART顯著相關的基因的富集結果細胞成分;B.生物過程;C.分子功能;D.KEGG通路。

3 討 論

肺腺癌是我國乃至全世界范圍內發(fā)病率及致死率最高的惡性腫瘤。盡管近年來，肺腺癌的診治進展迅速，但目前很多肺腺癌患者均在較晚期時才被診斷或發(fā)現(xiàn)，且一經發(fā)現(xiàn)其預后極差，嚴重加重了患者的家庭負擔。研究判斷肺腺癌患者預后的生物標志物，探討其臨床價值對改善患者預后具有重要意義[10]。

從頭嘌呤合成的幾個步驟中的突變導致人類先天性代謝錯誤，其通常以精神發(fā)育遲滯、張力減退、感覺神經性聽力喪失、視神經萎縮和其他特點為特征[11]。GART基因編碼三功能蛋白，執(zhí)行3個步驟的從頭嘌呤合成。GART基因位于人21號染色體上，在患有唐氏綜合征的個體中具有異常調節(jié)和過表達，且可能參與了唐氏綜合征的表型[11]。已有證據(jù)表明，在結直腸癌患者氟尿嘧啶聯(lián)合亞葉酸鈣化療方案中，亞葉酸鈣的生化調節(jié)可使氟尿嘧啶增效，而亞葉酸鈣作用機制與葉酸代謝分子——GART等有關[12]。GART發(fā)揮活性需要10-甲酰基四氫葉酸，近20年來一直是抗腫瘤藥物研發(fā)的靶標[13-14]。已有研究表明，抗癌藥物對GART的抑制對于幾種培養(yǎng)的腫瘤細胞系的侵襲性表型是有效的[15]。另外，有研究表明，GART高表達不利于肝癌患者的預后，且與肝癌細胞增殖有關[16]。然而，關于GART在人類肺腺癌進展中的作用及其機制知之甚少。

本研究使用基于生物信息學理論的在線工具對來自公共數(shù)據(jù)庫的腫瘤數(shù)據(jù)進行目標基因分析。與傳統(tǒng)芯片篩選比較，此方法具有樣本量大、成本低、簡單等優(yōu)點。使大規(guī)模肺腺癌基因組學研究和隨后的功能研究成為可能。首先，回顧一些來自Oncomine數(shù)據(jù)庫的腫瘤組織中GART的表達情況發(fā)現(xiàn)，GART的表達在肺腺癌細胞中增加，提示其參與了肺腺癌的發(fā)生和發(fā)展過程。然后，cBioPortal數(shù)據(jù)庫結果顯示，GART的主要突變?yōu)閙RNA高表達，且高表達不利于患者預后，提示GART高表達可能可以作為判斷非小細胞肺癌患者預后的新靶標。隨后，對肺腺癌患者進行臨床特征亞組分析發(fā)現(xiàn)，肺腺癌患者中40歲以上、吸煙人群GART的表達更為顯著。最后，進一步對GART相互作用網絡進行確認發(fā)現(xiàn)，GART改變的生物相互作用網絡主要涉及細胞周期和RNA轉運過程。但由于本研究所使用的數(shù)據(jù)來源于公共數(shù)據(jù)庫，無法保證所有數(shù)據(jù)的質量。其次本研究是完全基于數(shù)據(jù)分析開展的，因此，尚需分子生物學方法在動物或離體細胞上進一步驗證。