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        基于生物信息學(xué)分析微小染色體維持蛋白2在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中的表達(dá)及意義

        2022-10-20 01:13:56黃舒婷溫炬江奕恒秦
        中國(guó)當(dāng)代醫(yī)藥 2022年25期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)庫(kù)意義差異

        黃舒婷溫 炬江奕恒秦 思

        1.廣東省第二人民醫(yī)院民航院區(qū)門(mén)診部,廣東廣州 510405;2.廣東省第二人民醫(yī)院皮膚性病科,廣東廣州 510317

        頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(head and neck squamous cell carcinoma,HNSCC)是世界上第六大常見(jiàn)癌癥類(lèi)型,每年約有80余萬(wàn)例新增確診患者,死亡率占所有惡性腫瘤的1%~2%,在我國(guó),每年新增22.5萬(wàn)例,死亡10.3萬(wàn)例。由于HNSCC發(fā)病部位特殊,臨床特征不明顯,往往患者確診時(shí)已處于晚期,而晚期HNSCC常易發(fā)生轉(zhuǎn)移。目前,臨床上對(duì)頭頸部腫瘤的診斷主要依靠影像學(xué)檢查,容易發(fā)生漏診。微小染色體維持蛋白2(minichromosome maintenance protein 2,MCM2)是參與真核細(xì)胞DNA復(fù)制啟始和延長(zhǎng)調(diào)控的關(guān)鍵蛋白,研究發(fā)現(xiàn)其在宮頸癌、前列腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、肝癌等疾病中有重要意義,但在HNSCC中研究甚少。本研究通過(guò)生物信息學(xué)技術(shù)探究MCM2在HNSCC中的表達(dá),為HNSCC的診斷及治療提供理論依據(jù)。

        1 資料與方法

        1.1 MCM2作為差異表達(dá)基因(differentially expressed gene,DEG)的鑒定

        運(yùn)用基因表達(dá)公共(Gene Expression Omnibus,GEO)數(shù)據(jù)庫(kù)下載GSE2379和GSE23036數(shù)據(jù)集,共包含99個(gè)HNSCC樣本和31個(gè)正常樣本,并定義|logFC|>1且調(diào)整后的P值<0.05的基因?yàn)镈EG。

        1.2 UALCAN數(shù)據(jù)庫(kù)分析

        運(yùn)用癌癥基因組圖譜(The Cancer Genome Atlas,TCGA)數(shù)據(jù)庫(kù)的UALCAN網(wǎng)站可在線(xiàn)分析多種惡性腫瘤的臨床數(shù)據(jù),獲取特定基因在不同組織中的表達(dá)情況。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)分析UALCAN網(wǎng)站的數(shù)據(jù),使用GraphPad Prism 9.3.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)重新可視化,探討不同因素下正常組織和HNSCC樣本中MCM2的表達(dá)情況及意義。

        1.3 TIMER數(shù)據(jù)庫(kù)免疫分析

        腫瘤免疫評(píng)估資源(Tumor Immune Estimation Resource,TIMER)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)基于TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分析不同癌癥類(lèi)型免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的網(wǎng)站,通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)分析HNSCC中MCM2與多種免疫細(xì)胞的相關(guān)性,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        1.4 關(guān)鍵基因的篩選和構(gòu)建蛋白互作(protein-protein interaction,PPI)網(wǎng)絡(luò)

        Linked Omics數(shù)據(jù)庫(kù)收集了32種TCGA癌癥類(lèi)型和10種臨床蛋白組學(xué)腫瘤的多組學(xué)數(shù)據(jù),在該數(shù)據(jù)庫(kù)中利用Pearson檢驗(yàn)分析并篩選出與MCM2密切相關(guān)的前5個(gè)正相關(guān)基因作為關(guān)鍵基因,運(yùn)用STRING數(shù)據(jù)庫(kù)分析以上基因的PPI網(wǎng)絡(luò)。

        1.5 GSCALite數(shù)據(jù)庫(kù)分析

        GSCALite數(shù)據(jù)庫(kù)是用于基因表達(dá)、單核苷酸變異,甲基化,通路活性和藥物敏感性等分析的平臺(tái),使用該數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)MCM2及其相關(guān)關(guān)鍵基因的藥物敏感性進(jìn)行分析。

        2 結(jié)果

        2.1 MCM2在HNSCC中的表達(dá)

        數(shù)據(jù)集GSE2379和GSE23036中,MCM2在HNSCC腫瘤組織中的表達(dá)均高于正常組織,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(圖1A)。通過(guò)篩選DEG并繪制火山圖(圖1B),觀(guān)察到MCM2是一個(gè)上調(diào)的DEG,提示MCM2在HNSCC中高表達(dá)并在致癌性中起作用。

        圖1 MCM2在GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中的表達(dá)

        2.2 HNSCC患者中不同因素對(duì)MCM2表達(dá)的影響

        不同年齡段HNSCC中MCM2的表達(dá)均高于正常組織,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),41~60歲組別MCM2的表達(dá)量最高。不同性別HNSCC中MCM2表達(dá)均高于正常組織,且男性患者高于女性患者,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。不同腫瘤分級(jí)HNSCC中MCM2表達(dá)均高于正常組織,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。腫瘤分化越差者,MCM2表達(dá)水平越高。不同臨床分期HNSCC中MCM2表達(dá)均高于正常組織,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而不同臨床分期HNSCC 的MCM2表達(dá)比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。不同分級(jí)淋巴轉(zhuǎn)移的HNSCC中MCM2表達(dá)高于正常組織,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),但MCM2的表達(dá)與腫瘤轉(zhuǎn)移程度比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。人乳頭瘤病毒(human papilloma virus,HPV)感染與否的HNSCC中MCM2表達(dá)均高于正常組織,且HPV陽(yáng)性患者M(jìn)CM2表達(dá)高于HPV陰性患者,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(圖2)。

        圖2 UALCAN數(shù)據(jù)庫(kù)中的MCM2表達(dá)量比較

        2.3 HNSCC中MCM2的表達(dá)與免疫細(xì)胞的關(guān)系

        TIMER數(shù)據(jù)庫(kù)分析顯示,HNSCC中MCM2與B細(xì)胞、CD8T細(xì)胞、CD4T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的浸潤(rùn)水平均成正相關(guān)(P<0.05)(圖3)。

        圖3 MCM2與常見(jiàn)免疫細(xì)胞的相關(guān)性分析

        2.4 HNSCC中關(guān)鍵基因的共表達(dá)分析

        Linked Omics數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出與MCM2顯著正相關(guān)的前5個(gè)基因作為關(guān)鍵基因,包括微小染色體維持蛋白6(minichromosome maintenance complex component 6,MCM6)、微小染色體維持蛋白5(minichromosome maintenance complex component 5,MCM5)、無(wú)齒E3泛素蛋白連接酶同源物(Denticleless E3 ubiquitin protein ligase homolog,DTL)、晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)蛋白(timeless circadian regulator,TIMELESS)和DNA聚合酶θ (DNA polymerase theta,POLQ)。利用STRING數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行PPI網(wǎng)絡(luò)分析(圖4)。

        圖4 MCM2的共表達(dá)基因

        2.5 MCM2對(duì)癌癥相關(guān)調(diào)節(jié)藥物的影響

        通過(guò)分析6個(gè)關(guān)鍵基因的藥物相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)MCM2對(duì)曲美替尼、司美替尼和RDEA119等藥物耐受,對(duì)NPK76-II-72-1、Navitoclax、GSK1070916和I-BET-762等分子類(lèi)藥物敏感(圖5)。

        圖5 關(guān)鍵基因與藥物的相關(guān)性

        3 討論

        本實(shí)驗(yàn)通過(guò)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)多數(shù)據(jù)集分析顯示,HNSCC中MCM2的表達(dá)較正常組織異常增高,且在不同年齡組別、性別、腫瘤分級(jí)、臨床分期和有無(wú)淋巴轉(zhuǎn)移情況的HNSCC中MCM2均顯著升高。蔡開(kāi)貴等通過(guò)免疫組化染色發(fā)現(xiàn)MCM2的表達(dá)與人喉鱗狀細(xì)胞癌(laryngeal squamous cell carcinoma,LSCC)的病理分級(jí)、臨床分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移成正相關(guān)。但也有研究發(fā)現(xiàn)與早期LSCC相比,晚期喉癌患者M(jìn)CM2的表達(dá)水平顯著降低。本研究提示HNSCC中MCM2的異常表達(dá)與HPV感染情況有關(guān)聯(lián),王鯤鵬等研究發(fā)現(xiàn)MCM2可能是HPV陽(yáng)性HNSCC診斷及預(yù)后的標(biāo)志物。以上結(jié)果表明,MCM2異常表達(dá)與HNSCC疾病的嚴(yán)重程度和癌癥進(jìn)程有關(guān)。

        不同類(lèi)型的免疫浸潤(rùn)細(xì)胞可通過(guò)直接或間接相互作用調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移,然而,MCM2與HNSCC腫瘤免疫浸潤(rùn)細(xì)胞的關(guān)系至今尚無(wú)報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)MCM2與多種免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)水平密切相關(guān),提示MCM2調(diào)控頭頸部鱗癌患者的免疫狀態(tài),影響腫瘤的進(jìn)展。此外,MCM2是口腔鱗狀細(xì)胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)患者生存率下降的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Kodani等發(fā)現(xiàn)中分化OSCC具有更高的MCM2標(biāo)記指數(shù),與患者的預(yù)后相關(guān)。

        研究發(fā)現(xiàn)MCM2可被多種藥物抑制,考慮MCM2是治療HNSCC的潛在治療靶點(diǎn)。Ahmadinejad等研究表明抗凋亡蛋白抑制劑(Navitoclax)可干擾抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白之間的相互作用,激活后者誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。聯(lián)合Navitoclax治療較單用順鉑治療,能有效防止HNSCC的復(fù)發(fā)。GSK1070916為極光激酶B/C抑制劑,靶向作用于有絲分裂突變信號(hào)通路,可消除轉(zhuǎn)移的慢性粒細(xì)胞白血病和急性髓性白血病而不損傷卵巢組織,防止白血病的復(fù)發(fā)。I-BET-762是一種新的溴域抑制劑,可逆地靶向作用于溴結(jié)構(gòu)域和超末端結(jié)構(gòu)域(bromodomain and extra terminal domain,BET)蛋白,削弱其與組蛋白上的乙酰化賴(lài)氨酸結(jié)合的能力,阻斷下游轉(zhuǎn)錄。Zhang等發(fā)現(xiàn)I-BET-762可延遲乳腺癌和肺癌臨床發(fā)病前期的腫瘤發(fā)展,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)阻滯,在癌癥的預(yù)防治療上有廣闊的應(yīng)用前景。NPK76-II-72-1目前尚無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道,且GSK1070916和I-BET-762在HNSCC的相關(guān)文獻(xiàn)中均無(wú)研究,是未來(lái)研究HNSCC治療靶點(diǎn)的新方向。

        綜上所述,頭頸部腫瘤病灶部位和病理類(lèi)型多,解剖關(guān)系復(fù)雜,生物靶點(diǎn)為其臨床診斷和靶向免疫治療提供了新思路。本研究提示MCM2是頭頸部鱗狀細(xì)胞癌潛在的腫瘤標(biāo)記物和治療靶點(diǎn)。

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