肝癌重要基因群及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的整合生物學(xué)研究.pdf

1、肝細(xì)胞肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是一類惡性程度高、預(yù)后差的惡性腫瘤。它的發(fā)生發(fā)展過程中有多類基因參與，其復(fù)雜的分子發(fā)病機制預(yù)示著HCC是一多病因疾病。
　　我們采用基因芯片和miRNA芯片檢測肝癌(C)、癌旁肝(P)和正常肝(N)的mRNA和miRNA的表達(dá)譜差異。通過數(shù)據(jù)庫Gene Ontology和KEGG Pathway注釋差異的基因和miRNA可能的功能;并分析基因之間或基因與miR

2、NA之間可能的關(guān)系，構(gòu)建相互作用網(wǎng)絡(luò)。
　　通過分析基因在不同組織中的差異表達(dá)、它們參與的生物學(xué)過程，以及基因網(wǎng)絡(luò)中的核心調(diào)控基因和效應(yīng)基因，我們將這些差異歸納為三類基因表達(dá)譜型。
　　第一類，相對于正常肝和肝癌組織，僅在癌旁肝組織中差異表達(dá)的基因、生物學(xué)過程及調(diào)控基因和效應(yīng)基因。
　　其差異表現(xiàn)在免疫反應(yīng)上調(diào)和代謝下調(diào)。相關(guān)的基因變化表現(xiàn)為，與細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞防御和免疫應(yīng)答等相關(guān)的基因上調(diào);同時，與糖類運輸、

3、激素合成和膽汁酸合成等相關(guān)的基因下調(diào)。核心調(diào)控基因是TNXB和COL1A1，核心效應(yīng)基因是ITGB7。這些變化或許體現(xiàn)了炎癥及其導(dǎo)致的細(xì)胞死亡和細(xì)胞再生。而癌旁中肝臟正常功能的破壞或許是來自于慢性肝炎或肝硬化。
　　第二類，相對于正常肝組織，在肝癌和癌旁肝中都有表達(dá)差異的基因、生物學(xué)過程及調(diào)控基因和效應(yīng)基因。
　　這些肝癌和癌旁肝的共同的差異表現(xiàn)為免疫反應(yīng)、神經(jīng)活性配體受體相互作用的上調(diào)和大范圍的代謝作用的下調(diào)，包括雄激素、

4、雌激素、膽汁酸、脂肪酸、甘油酯、氨基酸、糖酵解/糖異生和PPAR信號通路等。相關(guān)的基因變化表現(xiàn)為，細(xì)胞運動、整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號通路、細(xì)胞凋亡的負(fù)調(diào)控、免疫應(yīng)答的正調(diào)控等相關(guān)的基因上調(diào)，同時與上述代謝作用相關(guān)的基因下調(diào)。核心調(diào)控基因和核心效應(yīng)基因分別是RFX5、COL4A1、SPP1和CD74、ACTB、TGFB1、SDC3。
　　第三類，相對于正常肝和癌旁肝組織，僅在肝癌組織中差異表達(dá)的基因、生物學(xué)過程及調(diào)控基因和效應(yīng)基因。

5、>　　肝癌獨有的通路的差異表現(xiàn)為上調(diào)的細(xì)胞增殖、厭氧性糖酵解、DNA修復(fù)、DNA復(fù)制、DNA重組、蛋白折疊、剪接體核內(nèi)小核糖核蛋白的生物合成、剪接體裝配等;同時下調(diào)了氨基酸代謝、脂蛋白、離子應(yīng)答、脂質(zhì)、纖維蛋白溶解的負(fù)調(diào)控、凝血、蛋白水解等。相關(guān)的基因變化表現(xiàn)為，細(xì)胞周期、DNA復(fù)制、細(xì)胞外基質(zhì)受體相互作用、粘著斑和Jak-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)的基因上調(diào);而與神經(jīng)軸突引導(dǎo)、細(xì)胞因子與細(xì)胞因子受體相互作用、氨基酸代謝、脂肪酸代謝等代謝

6、相關(guān)的基因下調(diào)。核心調(diào)控基因包括4個膠原蛋白相關(guān)基因、3個層粘連蛋白相關(guān)基因、THBS1、THBS2和FRXANK;而核心效應(yīng)基因則是PLG和PIK3R3。
　　上述從全基因組角度的轉(zhuǎn)錄組網(wǎng)絡(luò)分析給我們以下提示:
　　首先，第Ⅰ類基因群的表達(dá)譜型僅出現(xiàn)在荷腫瘤的肝臟，而不存在于肝癌本身。這可能反映了肝癌發(fā)生的早期事件。它提示癌旁肝已處于癌發(fā)生前的異常改變中。很多基因的表達(dá)異常在癌癥的發(fā)展過程中持續(xù)存在甚至深化，為何這類基因的

7、表達(dá)異常未見于肝癌？一種解釋是這些基因的表達(dá)異常僅在癌癥的起始階段發(fā)揮作用，隨著癌變的進(jìn)一步演化而消退，并為其他基因的表達(dá)異常所取代;另一種可能是這些改變反映了慢性肝炎或肝硬化導(dǎo)致的基因表達(dá)異常，因而不會出現(xiàn)于腫瘤組織中。
　　其次，第Ⅱ類基因群的表達(dá)譜型表明了與肝癌組織和癌旁肝組織中共同發(fā)生的深刻變化，包括細(xì)胞的抗凋亡、代謝紊亂和免疫異常等。這反映了癌旁組織出現(xiàn)了與癌相似的改變，提示這些病人的癌旁組織已處于癌前病變。
　　

8、再者，第Ⅲ類基因群的表達(dá)譜型可能反映了肝癌特有的異常，包括癌細(xì)胞及其微環(huán)境的異常。
　　另外，我們發(fā)現(xiàn)hsa-mir-29c、hsa-mir-424、hsa-mir-370、hsa-mir-198都只在肝癌中下調(diào)。這些miRNA可以歸入上述的第Ⅲ類基因群。尤其值得注意的是它們都是調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心調(diào)控miRNA。
　　除此之外，我們在差異基因（mRNA）和miRNA的基礎(chǔ)上構(gòu)建了6個分類器。這些分類器可以顯著地區(qū)分肝癌和癌旁肝