NUF2基因在脑胶质瘤中的表达及临床意义

2020-03-15亢希鹏陈刘炜陈先震

安徽理工大学学报（自然科学版） 2020年6期

亢希鹏，陈刘炜，陈先震*

(1.安徽理工大学医学院，安徽淮南 232001；2.同济大学附属第十人民医院神经外科，上海 200072)

胶质瘤是成人最常见的颅脑肿瘤，拥有较高的发病率及死亡率[1]。2016年WHO脑肿瘤分类将其分为四个级别[2]，级别越高肿瘤恶性程度越高，患者预后越差。随着当前生物信息学的发展，寻找新的生物标记物作为潜在治疗靶点及预后指标是胶质瘤的研究热点。

NUF2，又称为CDCA1，即细胞分裂周期相关蛋白1基因(cell division cycle associated 1)。该基因编码的蛋白属于NDC80线粒体复合体的一员，在着丝点-微管连接中发挥着重要作用，并参与有丝分裂纺锤体组装检查点的调节[3-4]100 340，2 703。既往研究表明NUF2基因在多种癌组织中表达增加，并且与肿瘤发生和进展相关[5-7]1 075，669，401，但目前国内外仍没有关于胶质瘤中NUF2表达及其临床意义的研究报道。

通过挖掘胶质瘤遗传信息数据库的资料，评估胶质瘤中NUF2基因的表达水平以及其与患者预后的关系，为揭示NUF2基因在胶质瘤发生发展过程中的可能机制提供新的思路和方向。

1 材料与方法

1.1 Oncomine数据库分析

使用Oncomine数据库(http://www.oncomine.org)分析不同肿瘤类型中肿瘤组织与正常组织之间NUF2基因的表达差异[8]。筛选条件如下：“Gene: NUF2”；“Cancer type: Brain and CNS Cancer”，“Analysis type: cancer vs. normal analysis”；“Data type: mRNA”；P-value≤1E-4, fold change≥2,gene rank≥top 10%。

1.2 生存分析

使用中国脑胶质瘤基因组图谱计划(Chinese Glioma Genome Atlas, CGGA)网络数据库进行生存分析，比较NUF2基因表达情况与不同级别胶质瘤患者预后的关联。

1.3 Coexpedia数据库分析

使用COEXPEDIA (http://www.coexpedia.org/)数据库进行NUF2基因共表达分析，并对共表达基因进行基因本体论(Gene Ontology，GO)分析[9]。筛选条件如下：“Gene: NUF2”；“MeSH incl. Neoplasms：Brain Neoplasms”。

1.4 统计学方法

使用SPSS19.0版软件进行数据处理。采用t检验比较肿瘤组织与正常组织之间 NUF2的表达差异。采用Kaplan-Meier模型分析分析 NUF2与胶质瘤预后的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 NUF2在常见肿瘤类型中的表达

Oncomine数据库中包含了301项关于NUF2在不同类型肿瘤组织及相应正常组织中表达情况的研究。在NUF2表达水平上有统计学差异的研究有49项，其中有45项研究显示NUF2在肿瘤中高表达，如图1(a)所示，有4项研究显示NUF2在肿瘤中低表达。

图1 Oncomine数据库中NUF2在常见肿瘤相关研究中的表达差异性

2.2 NUF2在脑胶质瘤中的表达

在Oncomine数据库中共有6项关于NUF2在胶质瘤中表达情况的研究(见表1)。Murat的研究纳入了80个胶质母细胞瘤样本和4个正常脑组织样本，与正常脑组织相比，肿瘤组织中NUF2表达增加了7.168倍(P=8.11×10-24)[10]。在Sun的研究中包含81个胶质母细胞瘤样本，19个间变性星形细胞瘤样本，50个少突胶质细胞瘤样本和23个正常脑组织样本，NUF2表达分别增加了6.701、4.083、2.765倍(P=3.42×10-18、1.03×10-6、3.36×10-8)[11]。French的研究中纳入了23个间变性少突胶质细胞瘤样本和6个正常脑组织样本， NUF2的表达增加了4.036倍(P=7.37×10-7)[12]。在Bredel的研究数据集中包括了27个胶质母细胞瘤样本和4个正常脑组织样本， NUF2表达增加了3.027倍(P=9.58×10-5[13]。图2显示了NUF2在不同脑胶质瘤研究中的表达情况，总的来看，NUF2在不同级别胶质瘤中都存在不同程度的高表达。对这6项研究进行荟萃分析后发现，NUF2基因在所有差异表达基因中的中位数排名为603(P=8.83×10-7)，表明NUF2在胶质瘤中高表达(见图1b)。

(a)Murat的研究中NUF2的表达情况(b)Sun的研究中NUF2的表达情况

(c)Sun的研究中NUF2的表达情况 (d)Sun的研究中NUF2的表达情况

(e)French的研究中NUF2的表达情况(f)Bredel的研究中NUF2的表达情况图2 Oncomine数据库中NUF2基因在不同胶质瘤芯片中的表达情况[10-13]

表1 NUF2在胶质瘤中表达的研究数据

2.3 NUF2与脑胶质瘤患者预后的关系

使用CGGA数据库比较不同NUF2 基因表达的胶质瘤患者的预后差异，结果以Kaplan-Meier曲线显示。结果表明，在全部胶质瘤患者中，高表达组预后明显差于低表达组(P<0.001，见图3a)。在WHO II级胶质瘤中，高表达组预后差于低表达组(P=0.041，见图3b)。在WHO III级胶质瘤中，高表达组预后差于低表达组(P=0.022，见图3c)。在WHO IV级胶质瘤中，两组预后没有明显差异(P=0.7，见图3d)。

图3 NUF2表达与胶质瘤患者预后的关系

2.4 NUF2的共表达分析

COEXPEDIA数据库分析了NUF2与其共表达基因之间的共表达网络，反映了NUF2与TOP2A、TTK、PBK和KIF14等基因之间的相互作用关系。表2列举了前十位共表达基因。对这些共表达基因进行GO分析，结果表明这些基因主要涉及姐妹染色单体聚集，有丝分裂中核分裂，胞质分裂和染色体分离等生物学过程(见表3)。

表2 前十位NUF2共表达基因

表3 共表达基因的GO分析结果

3 讨论

随着基因组分析技术的发展，人们发现了更多与胶质瘤预后相关的标志物[14-17]15 108，16，4 005。文献[18]发现TP53基因通过Wnt和p53信号通路参与胶质瘤的发生和发展。文献[14]15 116确定了与低级别胶质瘤的发生和预后相关的一些基因，并提出了若干针对低级别胶质瘤的潜在靶向药物。文献[19]对胶质母细胞瘤和低级别胶质瘤样品之间的差异基因进行了生物信息学分析，确定了SAA1和TIPM1等基因可作为监测胶质母细胞瘤预后的生物标志物。这些研究为胶质瘤的治疗带来了新的方向。本研究通过Oncomine数据库分析了NUF2的表达水平，发现其在胶质瘤中显著高表达，生存分析表明NUF2与胶质瘤患者的预后呈现明显负相关，说明NUF2可能是监测胶质瘤预后的潜在生物标志物。

既往研究表明，NUF2与多种癌症相关，包括骨肉瘤[5]1 078、肝细胞癌[6]669、乳腺癌[7]401、结直肠癌[20]74、前列腺癌[21]159、卵巢癌[22]和胰腺癌[23]等。NUF2也可用于预测前列腺癌和肝细胞癌的复发[6]665。在乳腺癌与结直肠癌中，NUF2的高表达与癌症患者的不良预后相关[20]76，这与我们在胶质瘤中发现相似。NUF2与肿瘤的发生和发展有关，敲除NUF2基因可以抑制癌症的增殖并诱导细胞凋亡[24-25]1 239。基于微阵列基因表达谱的生物信息学分析表明，NUF2也与大B细胞淋巴瘤[26]、小细胞食管癌[27]和斑块状牛皮癣相关[28]。

本研究发现NUF2基因在少突胶质细胞瘤、间变性少突胶质细胞瘤、间变性星形细胞瘤、胶质母细胞瘤等多种病理类型的胶质瘤组织中都存在显著的高表达。通过CGGA数据库进行生存分析，在全部胶质瘤患者中，高表达组预后明显差于低表达组，在II级和III级胶质瘤患者中，高表达组的预后差于低表达组。而在IV级患者中，差异没有统计学差异，可能是因为IV级胶质瘤由于其本身恶性程度较高，生存期较短的特性决定的。CCGA数据库纳入的是中国人群的胶质瘤数据，使用该数据库进行预后分析使得结果更具有代表性。使用COEXPEDIA数据库进行共表达分析揭示了NUF2与TOP2A、TTK和PBK等基因之间的相互作用网络。Zhou等人通过生物信息学分析方法筛选出TOP2A、TTK和PBK三个基因，发现他们可能是胶质母细胞瘤的潜在致癌基因[16]3，TOP2A、TTK和PBK主要参与细胞周期和p53信号通路。文献[29]发现TOP2A是预测胶质母细胞瘤预后的枢纽基因，TOP2A与胶质母细胞瘤的进展密切相关。这些都从侧面证实了NUF2在胶质瘤中的作用。共表达基因的GO分析表明这些基因主要涉及姐妹染色单体聚集、有丝分裂中核分裂、有丝分裂中胞质分裂和染色体分离等生物学过程，表明这些生物学过程可能参与了胶质瘤的发生和发展，这为进一步研究NUF2的具体机制提供了研究方向。