泛癌症分析跨膜蛋白81的表达及预后意义①

赵小芳，庄 莹，樊伟平，张金波，张淑红，张 虎

(1. 江苏医药职业学院基础医学部，江苏 盐城 224005；2.佳木斯大学基础医学院，黑龙江 佳木斯 154007)

肿瘤是一类可发源于人体的各个组织和器官，共有超过100种类型，严重危害人类健康的疾病。根据全球范围的估计，2012年全世界约有1410万新癌症病例，共造成约820万人死亡，而到2018年，中国约有430万新癌症病例和290万新癌症死亡[1～4]。泛癌症研究计划由癌症基因图谱组织(The Cancer Genome Atlas, TCGA)于2012年发起，该研究依靠多组学高通量数据库信息挖掘，发现各肿瘤间的异同，为后续肿瘤的诊断、预后等治疗方案提供指导意义[5,6]。前期研究中发现，在乳腺癌中跨膜蛋白81(Transmembrane Protein 81，TMEM81)高表达，且不利于预后[7]。但是其表达变化在其他肿瘤研究中鲜有报道。本文通过泛癌症分析TMEM81在各肿瘤中的表达变化、预后意义和可能的作用机制。

1 材料和方法

1.1 数据来源

1.1.1 癌症基因图谱组织门户网站UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu)[8]可访问来自 TCGA 数据库31种癌症类型的3级RNA测序和临床数据，可以查询靶基因肿瘤和正常组织间、各肿瘤亚组间的差异表达，并评估其对患者预后生存率的影响。

1.1.2 靶分子TMEM81共表达基因来自于癌症多组学分析数据平台LinkedOmics(http://linkedomics.zhang-lab.org/admin.php)[9]，该平台包含所有32种TCGA癌症类型，可进行基因组学、表达谱和甲基化等多种组学数据的分析。

1.1.3 DAVID Bioinformatics Resources 6.8(https://david.ncifcrf.gov/)[10]软件分析上述共表达交集基因进行基因本体(GO)和KEGG分析。

1.2 分析方法

1.2.1 打开UALCAN，点击“Analysis”，选择“Scan my genes”，输入“TMEM81”，分析并下载结果。

1.2.2 登录LinkedOmics网站首页，癌症类型分别选择“TCGA_BRCA”、“TCGA_LIHC”、“TCGA_LUAD”、“TCGA_HNSC”检索数据集选择“HiSeq RNA”，输入基因“TMEM81”，数据集选择“HiSeq RNA”，统计方法选择“Spearman Correlation test”，下载结果，取交集后，利用DAVID 6.8进行GO和KEGG分析，并下载结果作图。

2 结果

2.1 分析TMEM81的表达差异

肝脏肝细胞癌、肺腺癌、食道癌、头颈部鳞状细胞癌、肺鳞状细胞癌、直肠癌和胆管癌中TMEM81基因表达较各自正常组织显著上调(P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01)(图1A-G)。

图1 TMEM81在肝脏肝细胞癌、肺腺癌、食道癌、头颈部鳞状细胞癌、肺鳞状细胞癌、直肠癌和胆管癌及其癌旁组织中的差异表达

2．2 分析TMEM81的表达与预后关系

TMEM81高表达不利于乳腺癌、肝脏肝细胞癌、肺腺癌、肾透明细胞癌、葡萄膜黑色素瘤、肾上腺皮质癌和急性髓样白血病的预后(P<0.001、P=0.009、P<0.001、P=0.012、P<0.001、P=0.008)(图1A-F)。

图2 TMEM81高表达分别与肝脏肝细胞癌、肺腺癌、肾透明细胞癌、葡萄膜黑色素瘤、肾上腺皮质癌和急性髓样白血病的预后关系

2.3 分析靶分子TMEM81共表达基因及基因功能富集分析

通过泛癌症分析TMEM81高表达不利于预后的乳腺癌( BRCA)、肺腺癌( LUAD)、肝脏肝细胞癌(LIHC)和TMEM81高表达的头颈部鳞状细胞癌(HNSC)中与TMEM81共表达基因，取交集，得到194个共表达基因。DAVID 6.8 进行生物信息学分析，结果显示TMEM81共表达的基因主要定位在细胞核、核质、高尔基复合体膜等(图3A)；生物学过程分析结果显示其蛋白主要参与RNA聚合酶II启动子的转录负调节、蛋白质磷酸化、血液凝固，胚胎发育后期等(图3B)，分子功能分析显示这些蛋白主要与多聚腺苷酸(poly A)RNA、核酸、RNA、核苷酸结合，具有蛋白激酶活性、与雌激素受体结合等功能(图3C)；KEGG信号通路分析结果显示TMEM81共表达基因参与的信号通路主要为介导癌症中的转录失调(图3D)。

图3 TMEM81共表达蛋白GO和KEGG信号通路分析

3 讨论

目前，肿瘤仍是全球范围内重要的公共健康安全问题[11]，泛癌症分析依托各高通量多组学数据库，通过信号通路分析、蛋白相互作用网络分析及聚类分析等一系列生物信息分析手段，研究各肿瘤之间的相似性与差异性，进而揭示各肿瘤在发生发展过程中分子表达谱、临床预后、复发等方面异同[12～14]。肿瘤相似性的研究就是发现不同类型肿瘤间的共同特点，研究发现，相比较而言，不同来源的肿瘤间其分子水平的相似度可能比同种肿瘤之间的分子水平相似度更高[15]。肿瘤间分子水平相似性对肿瘤的发生发展机制认识的加深和优化肿瘤临床治疗方案与药物筛选有积极意义。因此，通过泛癌症分析发现肿瘤间的差异性和相似性对肿瘤的诊断、治疗和预后具有指导意义[6 ]。

本文通过泛癌症分析，首次发现在肝脏肝细胞癌、肺腺癌、食道癌、头颈部鳞状细胞癌、肺鳞状细胞癌、直肠癌和胆管癌患者TMEM81均呈高表达，提示TMEM81参与多种肿瘤的发生和发展过程。TMEM81是跨膜蛋白(Transmembrane Protein, TMEM)家族的一员，TMEM家族成员在细胞与细胞内的信号传导、免疫相关疾病以及肿瘤发生、发展等过程中发挥重要作用[16 ]。对TMEM81进行生物信息学分析发现，该基因位于1号染色体上，编码含有251个氨基酸的蛋白质，主要定位于细胞膜，在全血、白细胞和淋巴结中高表达，成熟状态的蛋白质分子量为28.5 KD，含有免疫球蛋白的结构域，由此推测其在人免疫相关疾病以及肿瘤的发生发展中也起到重要作用。因此，TMEM81可能通过增加其表达，参与肿瘤免疫过程进而影响癌症的发生和进展。

本文还发现TMEM81高表达均不利于肝脏肝细胞癌、肺腺癌、肾透明细胞癌、葡萄膜黑色素瘤、肾上腺皮质癌和急性髓样白血病的预后。鉴于TMEM81高表达均不利于上述六种癌症的预后，推测TMEM81发挥相似功能，很可能对在肿瘤进程中十分必要，具有进一步研究的价值。

最后，本文通过癌症多组学和临床数据库LinkedOmics获得在乳腺癌、肺腺癌、肝脏肝细胞癌和头颈部鳞状细胞癌中与TMEM81共表达的基因，并进行了GO和KEGG生物信息学分析，结果显示TMEM81共表达基因主要定位于细胞核、细胞质和高尔基复合体膜上，通过RNA、核酸结合以及发挥蛋白激酶活性，介导转录调控和蛋白磷酸化修饰等生物学过程。而TMEM81基因本身表达蛋白定位于细胞膜，其共表达基因多定位于细胞核，存在两种解释:①EM81作为膜蛋白，介导细胞外信号传至细胞内，调节下游靶基因的转录；②共表达基因为TMEM81表达的上游基因，调节TMEM81基因的转录和蛋白的修饰和转运，从而发挥TMEM81的功能。

尽管不同癌症发病率，取样难度以及研究深入情况不一致，但是通过泛癌症分析，可以将研究比较深入的机制和有效药物，通过相同靶点用于不同癌症，认识发病率较低的癌症发生和转移机制；靶分子是一个膜蛋白，并且不利于患者预后，在治疗角度考虑，可以设计特异性抗体，尝试阻断靶分子的功能，达到治疗和预防迁移和复发的可能；现在肿瘤治疗药物的开发已经跨越肿瘤组织类型的界限，针对泛癌症分析的靶分子，特定药物就可以治疗多种不同组织来源的癌症。

总之，我们希望泛癌症研究能发现肿瘤间共同的诊断和预后标志物，在协助肿瘤筛查、诊断、监测肿瘤复发和转移、评估肿瘤预后和评价疗效等方面发挥重要的作用[17,18 ]。本文发现TMEM81在6种癌症中均有高表达和不利于临床预后，说明其可能作为潜在的肿瘤预后标志物。后续工作将继续通过临床数据进行验证，研究在癌症中TMEM81的具体共同作用机制，为干预肿瘤发生和发展提供潜在靶点和研究新思路。