莊文珺

天津市職業(yè)病防治院(工人醫(yī)院)綜合內(nèi)科 300011

新進的癌癥統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)(2020年)顯示，肺癌占所有惡性腫瘤死亡人數(shù)的近1/4[1]，由于其高發(fā)病和高死亡率，NSCLC已成為全球范圍內(nèi)的重大公共衛(wèi)生問題。盡管隨著NSCLC治療包括靶向治療、放療等技術(shù)的不斷進展，NSCLC的預(yù)后仍然不樂觀，晚期患者遠期生存率仍很低[2]。因此，仍需要對NSCLC有更好的認識，并識別新的生物標志物對患者的預(yù)后及相關(guān)因素進行分析。鐵死亡是一種由鐵依賴引起的非限制性脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致的細胞死亡[3]。鐵死亡與惡性腫瘤的發(fā)生及預(yù)后存在明顯的相關(guān)性。鐵誘導(dǎo)的非限制性脂質(zhì)過氧化在癌細胞中會釋放代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。已有文獻報道，鐵死亡相關(guān)基因的差異表達在多種腫瘤包括NSCLC中普遍存在，并可能與腫瘤的生物學(xué)行為及預(yù)后有關(guān)[4-5]。因此，篩選肺癌預(yù)后相關(guān)的鐵死亡基因有望為NSCLC的靶向治療提供新的思路。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)庫分析 選取基因表達譜公共數(shù)據(jù)庫GEO，中收錄的關(guān)于NSCLC基因表達與患者生存期關(guān)系的數(shù)據(jù)集和鐵死亡相關(guān)基因集合(Luo & Ma 2021，https://www.mdpi.com/2075-4418/11/2/219)為研究對象。選擇蛋白—蛋白相互作用數(shù)據(jù)庫STRING(http://string-db.org/cgi/input.pl)，進行篩選出的基因蛋白網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。采用TCGA數(shù)據(jù)庫對NSCLC患者生存期與篩選出基因表達關(guān)系進行分析。

1.2 NSCLC生存差異表達基因篩選 GEO中檢索NSCLC基因表達數(shù)據(jù)集，檢索詞為“LUNG CANER/NSLCLC”，種屬為“humo”。進一步對檢索結(jié)果進行篩選，選取 GSE37745數(shù)據(jù)集分析[6]。根據(jù)數(shù)據(jù)集中NSCLC患者3年內(nèi)是否生存分為生存組和死亡組，采用R軟件lima包進行分析，生存組VS死亡組差異基因鑒別。分別對GSE37745數(shù)據(jù)集和鐵死亡基因集中共有的基因進行鑒定，并繪制venn圖，進一步篩選出NSCLC預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因。

1.3 功能富集及信號通路分析 在STRING數(shù)據(jù)庫中對鑒定的非小細胞肺癌(NSCLC)預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因進行PPI網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，數(shù)據(jù)來源Textmining,co-expression,gene function和co-occurrence。

1.4 預(yù)后分析 TCGA數(shù)據(jù)庫中，將NSCLC預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因根據(jù)表達水平分為高表達組和低表達組，比較兩組患者生OS和DFS，計算HR。

2 結(jié)果

2.1 NSCLC與預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因篩選 GSE37745數(shù)據(jù)集中，下調(diào)表達的基因18個，上調(diào)表達的基因為92個(圖1a)，上調(diào)或下調(diào)表達的鐵死亡相關(guān)基因為SLC7A11(圖1b)。差異表達的110個基因聚類明顯(圖1c)。

a b

圖1 NSCLC與預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因篩選a.GSE37734數(shù)據(jù)集差異表達基因火山圖 b.肺癌預(yù)后差異表達基因與鐵死亡基因的韋恩圖 c.基因聚類圖

2.2 SLC7A11基因表達 SLC7A11在不同實體腫瘤中表達存在差異(圖2a)，SLC7A11在NSCLC癌中表達顯著高于癌旁(P<0.05)，見圖2b。Oncomine數(shù)據(jù)庫中，SLC7A11在肺癌中高表達(圖2c)。

b

c圖2 SLC7A11在腫瘤的表達情況a.SLC7A11在多種實體腫瘤中的表達水平 b.SLC7A11在肺癌腺癌和鱗癌中的表達比較，*P<0.05 c.Oncomine數(shù)據(jù)庫SLC7A11表達比較

2.3 SLC7A11蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)(PPI) SLC7A11蛋白網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點數(shù)為20個，節(jié)點間相互作用72個，平均聚類指數(shù)為0.85，SLC7A11蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)蛋白富集明顯(P<0.05)，見圖3。

圖3 SLC7A11蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)

2.4 SLC7A11 KEGG信號通路 SLC7A11信號通路主要富集鐵死亡、突觸囊泡周期和蛋白質(zhì)消化吸收等，見表1。

表1 SLC7A11 KEGG信號通路富集

2.5 SLC7A11表達與患者預(yù)后 SLC7A11高表達肺腺癌患者總生存(OS)低于低表達肺腺癌患者(HR=1.4,P<0.05)，見圖4a；而SLC7A11表達水平與肺腺癌無疾病進展生存(DFS)以及肺鱗癌OS和DFS無關(guān)(P>0.05)，見圖4b～d。

圖4 SLC7A11表達與肺腺癌、鱗癌患者預(yù)后關(guān)系a.肺腺癌OS b.肺腺癌DFS c.肺鱗癌OS d.肺鱗癌DFS

3 討論

據(jù)報道，2020年新診斷的肺癌病例高達210萬例，肺癌死亡病例180萬，占所有惡性腫瘤死亡病例的近1/5(18.4%)[7]。然而，NSCLC的分子致癌性尚不清楚。近年來，腫瘤新藥和癌癥數(shù)據(jù)庫的快速發(fā)展，使得肺癌的診斷、預(yù)后和靶向治療得到了提高，特別是中晚期肺癌患者，靶向藥物的應(yīng)用顯著延長了晚期NSCLC患者的生存期和生活質(zhì)量[8-9]。

鐵死亡被Dixon等[10]首次報道，其特征為鐵誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。鐵死亡可以消除惡性細胞的適應(yīng)性特征，去除因環(huán)境變化而無法獲得關(guān)鍵營養(yǎng)因子從而導(dǎo)致細胞破壞而死亡，對腫瘤抑制起關(guān)鍵作用。相關(guān)文獻報道，鐵死亡相關(guān)基因眾多，Luo等人[11]報道了103個與鐵死亡的相關(guān)基因，其中對大部分的基因功能及其在腫瘤細胞中的表達、生物學(xué)行為及與患者預(yù)后關(guān)系并不清。因此，篩選與NSCLC預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因并對其可能的分子功能進行分析有望成為NSCLC靶向治療的靶點。在本研究中，筆者對NSCLC預(yù)后相關(guān)的芯片數(shù)據(jù)集GSE37745進行了分析，該芯片數(shù)據(jù)建立在GLP570平臺，共有196例肺癌患者。根據(jù)患者預(yù)后分為3年內(nèi)存活組和死亡組，并比較兩組直接的差異基因。共篩選出110個預(yù)后相關(guān)基因，并對110個預(yù)后相關(guān)基因進行了分析，發(fā)現(xiàn)SLC7A11基因為鐵死亡相關(guān)基因。進一步分析顯示，SLC7A11高表達肺腺癌患者OS低于低表達肺腺癌患者(HR=1.4,P<0.05)；而SLC7A11表達水平與肺腺癌DFS以及肺鱗癌OS和DFS無關(guān)(P>0.05)。

SLC7A11基因編碼蛋白為一個異聚的、鈉獨立的、陰離子氨基酸運輸系統(tǒng)的成員，對半胱氨酸和谷氨酸具有高度特異性。該蛋白已被確定為Kaposi肉瘤相關(guān)皰疹病毒融合和進入細胞的主要中介物[12]。此外，該基因在原發(fā)性膠質(zhì)瘤中的表達增加(與正常腦組織相比)與谷氨酸通過XCT通道分泌增加有關(guān)，從而導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡。同時，有報道稱，SLC7A11在多種癌癥中表達上調(diào)，可通過抑制鐵細胞凋亡激活癌細胞生長[13-14]。

因此，SLC7A11為NSCLC中與患者預(yù)后有關(guān)的鐵死亡基因，在NSCLC中高表達，其高表達與肺腺癌的預(yù)后不良有關(guān)，并有望成為NSCLC預(yù)后標志物和靶向治療的新靶點。