MicroRNA-4521 基因在非小细胞肺癌中的表达分析研究

谢佳莹，刘 奕，曾麒燕,2（通讯作者）

（1 广西医科大学生物化学与分子生物学教研室 广西 南宁 530021）

（2 广西高校生物分子医学研究重点实验室 广西 南宁 530021）

1 引言

非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer， NSCLC）是肺癌中常见的类型，胸部CT 是其常用检查方法之一，然而超过60%的NSCLC 患者在诊断时已晚期或出现转移性疾病，此时通过常规化学、放射疗法可能无法达到预期治疗效果。因此，我们急需探索肺癌早期诊断和个性化治疗敏感而精确的生物标志物。microRNA（miRNA）是内源性小非编码RNA，可调节细胞增殖、周期及凋亡等多种生物学功能，是癌症诊断和治疗生物标志物的良好选择[1]。本文利用生物信息学分析的方法分析非小细胞肺癌中差异表达的miRNA，并预测其作用机制，为进一步的深入研究提供理论依据。

2 资料与方法

2.1 数据资料收集

从mirExtra2.0 数据库中下载miRNA 表达数据集，包括肺癌样本GSM973668 和正常肺组织样本SRR2038053-55、SRR2038054 和SRR2038055 等转录组测序数据集。首先依据P＜0.05 的标准选出634 个差异基因，按照fold change 比值由高至低排序，并进行文献筛选，提取尚无肺癌相关文献报道基因中上调倍数最高者为目标miRNA。

2.2 生物信息学分析

采用TargetScan7 数据库、miRWalk 数据库及miRDB数据库对miRNA-4521 的靶基因进行预测，通过绘制Venn图在线工具取预测靶基因的交集基因作为miR-4521 的潜在靶基因。进一步通过Metascapes 数据库对miR-4521 的潜在靶基因进行GO 功能和KEGG 信号通路富集分析以及蛋白互作网络构建。

3 结果

3.1 差异表达miRNA 筛选

利用mirExtra2.0 数据库在非小细胞肺癌表达谱中进行差异基因分析，结果显示共有634 个差异miRNA 基因，将fold change 比值依次排序，按照比值大于100 且P＜0.05 进行筛选，共有25 个基因，其中，miR-4521 目前在非小细胞肺癌中研究甚少，且在NSCLC 患者中显著高表达，择其为目标miRNA（见图1）。

3.2 miR-4521 潜在靶基因

利用miRDB 数据库对miRNA-4521 进行预测发现共有337 个靶基因；通过miRWalk 数据库预测发现共有12602个靶基因；TargetScan7 数据库预测发现共有3017 个靶基因；通过绘制Venn 图在线工具得到3 个数据库的靶基因交集，共235 个。

3.3 miRNA-4521 靶基因的GO 和KEGG 通路富集分析

对本实验获得的235 个靶基因进行GO 功能和KEGG 通路富集分析，这些差异基因主要涉及细胞有丝分裂的正调控、细胞增殖、细胞分裂等功能，差异基因中符合阈值要求并被显著富集于癌症的中心碳代谢信号通路。

3.4 miRNA-4521 靶基因的蛋白质相互作用分析

通过Metascapes 数据库，使用分子复杂检测（MCODE）算法识别蛋白质紧密连接的领域后生成相互作用网络图（图2），每个MCODE 模块进行GO 富集分析，显示主要集中在非小细胞肺癌和癌症的中心碳代谢过程中。

4 讨论

近年来肺癌已成为世界最常见的癌症，死亡率在全球癌症中排居首位。由于多数患者被诊断时已处在晚期，患者的五年存活率仍然很差，给社会带来了巨大的健康负担，NSCLC 是肺癌中最常见的组织学类型。因此，为NSCLC 患者寻找一种新的诊断标志物和治疗方法至关重要。

miRNA 是一类18-25nt 没有开放阅读框的非编码小RNA，它们通过与3'非翻译区或目标mRNA 内的开放阅读框碱基配对，在转录后调节基因表达，并在肿瘤的发生和发展中起关键作用[1]。miRNA-4521 位于染色体17p13.1，据报道，过表达miRNA-4521 可抑制髓母细胞瘤细胞的增殖和侵袭能力，并诱 导细胞程序性死亡，可作为髓母细胞瘤治疗的潜在靶向位点[2]。然而目前miRNA-4521 在非小细胞肺癌中的研究甚少，本研究通过mirExtra2.0 数据库分析发现miRNA-4521 在NSCLC 患者中显著高表达，提示其可能在非小细胞肺癌发病中发挥重要作用。

miRNA-4521的潜在靶基因进行GO富集分析结果显示，主要集中在细胞增殖和分裂方面。KEGG 信号通路富集显示EGFR、KIT、MET、PDHA1、MAPK1 和RET 等靶基因主要集中在癌症的中心碳代谢信号通路。中心碳代谢以ATP 和NADPH 的形式提供能量，对肿瘤细胞活动的发生至关重要。PDHA1 是丙酮酸脱氢酶的E1α 亚单位，属于糖酵解过程的关键性枢纽，即使在氧充足的条件下，肿瘤细胞也倾向糖酵解代谢，而抑制PDHA1 的活性位点可调节丙酮酸脱氢酶活性，进而增强有氧糖酵解和肿瘤细胞的侵袭性[3]，提示miRNA-4521 可能通过靶向PDHA1 基因加速糖酵解过程并调控中心碳代谢信号通路，从而影响非小细胞肺癌的侵袭与转移。靶基因蛋白互作分析的结果进一步提示miRNA-4521可能通过调控中心碳代谢信号通路来影响非小细胞肺癌的发生。

综上，本文发现miRNA-4521 在NSCLC 患者中表达量显著上调，其靶基因可能涉及中心碳代谢信号通路及细胞增殖和分裂的调控，从而影响非小细胞肺癌的进展过程，有望与影像学检查方法相辅相成，从而为非小细胞肺癌的诊断和治疗提供新思路。