基于肿瘤公共数据库分析TUFM基因在肺癌中的表达及预后意义＊

李素芬，王唯斯，杨 娜，梅 雯，孙美涛，余 敏，熊 伟

肺癌是所有恶性肿瘤中导致人类死亡最为常见的原因［1］。2018年，全球数据统计大概有180万人因肺癌死亡，达到恶性肿瘤致死总数的18.4%［2］。因为肺癌通常在就诊时就已经是晚期，手术切除的可行性受到很大限制，而全身性药物治疗的重点是控制症状和延长生存期［3］，但晚期肺癌患者的生存率仍然很低［4］。

哺乳动物的线粒体执行许多基本的细胞功能，包括血红素和磷脂的生物合成、能量的产生、调节细胞的凋亡等［5］。随着对线粒体研究的不断深入，人们对参与哺乳动物线粒体蛋白质翻译的蛋白质因子及其翻译的基本过程认识逐渐清晰，线粒体翻译延伸因子 Tu（mitochondrial translation elongation factor Tu，TUFM）作为线粒体蛋白质翻译延长因子之一，参与线粒体翻译的延长过程［6］。He等研究者把肺癌细胞A549中的TUFM基因敲低后，上皮细胞标志蛋白E-cadherin的表达升高，并促进肺癌细胞发生上皮-间质转化（pithelial-mesenchymal transition，EMT），提示TUFM基因在肺癌组织中的表达水平和肺癌的进展密切相关［7］。笔者拟通过多种肿瘤公共数据库分析探讨TUFM基因在肺癌中的表达及其预后意义。

1 材料与方法

1.1数据来源Oncomine（https：//www.oncomine.org/）是包括715个数据集和86，733个样本数的基因芯片数据库，可以从数据中自动提取生物信息［8］。GCBI 数 据 库 （https：//www.gcbi.com.cn/gclib/html/index）是一种可以在线设计分析流程、进行基因数据分析的数据库，可以查找生物医学文献，输入基因得到基因信息，找到基因样本，以及清楚标出样本类型［9］。 基因表达谱动态分析（Gene Expression Profiling Interactive Analysis，GEPIA） （http：//gepia.cancer-pku.cn/）可以对TCGA数据集和基因型组织表达（GTEx）数据集进行可视化分析［10］。 通过使用Oncomine数据库、GCBI数据库和GEPIA在线分析软件分析TUFM基因在不同肿瘤之间的表达水平以及正常肺组织和肺癌组织中的表达差异。Kaplan-MeierPlotter 数 据 库 （http：//kmplot.com/analysis/）是一个mRNA表达谱芯片的公共数据库，包括54675个基因、10461个癌症样本，涉及乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃癌以及肝癌。通过Kaplan-Meier Plotter数据库分析TUFM基因表达与肺癌患者预后的关系［11］。人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas，HPA）（https：//www.proteinatlas.org/）是一种开放获取数据的程序，运用转录组学和蛋白质组学技术，分析得到基因在正常组织和肿瘤组织中的免疫组化图像［12］。检索HPA得到TUFM基因在正常肺组织和肺癌组织表达的免疫组化结果。

1.2数据库检索通过Oncomine数据库检索TUFM在肺癌和正常肺组织中的基因表达差异。Oncomine数据库检索分析TUFM基因的设定条件为：（1）“基因：TUFM”；（2）“分析类型： 肿瘤 vs. 非肿瘤”；（3）“肿瘤类型： 肺癌”；（4）“数据类型：mRNA”；（5）“样本类型：临床样本”；（6）临界值设定（P 值＜1E-4，fold change 2，gene rank=top10% ）。（7）其他为数据库默认设定。检索结束后，选择TUFM基因与肺癌的相关研究进行比较。

使用GEPIA数据库对肺腺癌和肺鳞癌数据集进行可视化分析，输入TUFM基因名称，然后选择肺腺癌数据集LUAD、肺鳞癌数据集LUSC进行分析。

根据TCGA肺癌数据集中TUFM mRNA表达量的中位数分为高表达组和低表达组，利用Kaplan-Meier Plotter数据库对TUFM mRNA高表达组和TUFM mRNA低表达组与肺癌患者生存预后信息进行分析，并分别绘制首次进展生存期（first-progression survival，FP）、 总生存期 （overall survival，OS）、复发后生存期（post-progression survival，PPS）生存函数曲线。设定条件为：（1）Cancer Type：Lung cancer； （2）Gene symbol：TUFM； （3）Splitpatients by：Auto select best cutoff； （4）Survival：FP、OS、PPS；（5）其他为数据库默认设定。

使用人类蛋白质图谱HPA，从正常肺组织和肺癌中的人蛋白质图谱中提取了可用于临床的免疫组化（Immunohistochemistry，IHC）数据。 选择了高表达和低表达模式验证TUFM基因在肺癌组织中具有作为分子靶向治疗基因的可能性。

1.3数据库中的观察指标通过Oncomine数据库和GCBI数据库观察TUFM基因在常见肿瘤表达差异。使用Oncomine数据库观察TUFM基因与肺癌的相关研究数据并进行综合分析。通过Oncomine数据库、GCBI数据库和GEPIA数据库，观察TUFM基因在正常肺组织和肺癌之间的表达差异。使用人类蛋白质图谱HPA查看和分析TUFM基因在肺组织中的表达情况，以及 TUFM基因在肺癌组织中的表达情况，获取免疫组化的预测结果图像。此外，利用Kaplan-Meier Plotter数据库观察TUFM基因与肺癌患者各项生存预后指标（FP、OS和PPS）之间的关系。

1.4统计学分析由肿瘤公共数据库分析得到所有统计分析结果，TUFM在正常肺组织和肺癌组织中的差异比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。利用Kaplan-Meier Plotter数据库分析TUFM基因与肺癌患者预后之间的关系，以Logrank P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 TUFM基因在人体常见肿瘤中的表达Oncomine数据库在线检索后发现，该数据库共收集了946项TUFM基因针对不同肿瘤类型的研究结果，其中关于TUFM基因表达有统计学差异的研究结果共113项。其中TUFM基因表达在常见肿瘤中升高的研究有35项。从GCBI数据库中可以看到，TUFM基因在肺鳞癌、肺腺癌、子宫内膜癌、乳腺癌、结直肠癌等多种常见肿瘤中的表达量均高于正常组织，见图1。GCBI数据库分析结果发现，肺鳞癌组织与正常肺组织相比：TUFM基因在正常肺组织中平均表达值是2843.9，癌组织是4456.47，提示TUFM基因在肺鳞癌中高表达，见图1A。肺腺癌组织与正常肺组织相比：TUFM基因在正常肺组织中平均表达值是2977.3，癌组织是4399.76，提示TUFM基因在肺腺癌中高表达，见图1B。

2.2 TUFM在肺癌组织及正常肺组织的表达差异通过Oncomine数据库分析发现，2001年—2012年共有19项研究涉及TUFM基因在正常肺组织和肺癌组织中的表达。TUFM基因在肺癌所有差异表达基因中的排名中位数为2753.0（P=0.044），且TUFM基因在肺癌中高表达，见图2。对Oncomine数据库中不同类型肺癌芯片分析结果发现，与正常肺组织相比，肺鳞癌、肺腺癌、大细胞肺癌以及小细胞肺癌组织中的TUFM基因均呈现高表达（P＜0.05），见图3。使用GEPIA数据库分别对肺腺癌和肺鳞癌数据集进行可视化分析，结果发现，正常肺组织（n=338）和肺鳞癌组织（n=486）相比，肺鳞癌组织中TUFM mRNA表达水平显著升高，差异具有统计学意义（P＜0.05），见图 4A。 相较于正常肺组织（n=347），肺腺癌（n=483）中TUFM mRNA表达水平也显著升高（P＜0.05），见图 4B。

2.3人类蛋白质图谱数据库查找正常肺组织及肺癌组织的IHC结果从人类蛋白质图谱数据库（HPA）提取了TUFM在正常肺组织和肺癌组织中特征化的IHC图像。正常肺组织与肺癌组织TUFM蛋白质阳性染色均定位于细胞质。正常的肺组织TUFM基因阳性染色不均匀，在巨噬细胞的细胞质呈强阳性，在正常肺细胞的细胞质内是弱阳性，两种阳性染色混合存在，见图5A。在肺癌组织中，TUFM基因在不同的肿瘤细胞组织的细胞质呈染色强阳性或弱阳性，见图5B，图5C。在正常肺组织和肺癌组织中TUFM基因阳性染色均存在明显的区别。

2.4肺癌患者TUFM基因的表达水平与预后的关系检索Kaplan-Meier Plotter数据库，低表达TUFM基因肺癌患者的生存预后较差。TUFM高表达组肺癌患者的FP、OS和PPS均显著优于低表达组，见图6。在FP中，TUFM mRNA高表达组患者的中位生存时间明显高于TUFM mRNA低表达患者（34.53月vs.11.17月）。在OS中，TUFM mRNA高表达组患者的中位生存时间明显高于TUFM mRNA低表达组 （108.97月vs.45.27月）。在PPS中，TUFM mRNA高表达组患者的中位生存时间也明显高于TUFM mRNA低表达组（20.20月vs.8.98月）。

图6见封三。

图6 肺癌中TUFM基因的表达水平与生存预后之间的关系

3 讨论

TUFM蛋白在线粒体基因编码的蛋白质翻译过程中参与氨基酸延伸、密码子-反密码子互补配对以及校正氨基酸-tRNA配对［13］。TUFM蛋白可以正确识别氨基酰-tRNA并将其与GTP复合物共同转运至核蛋白体完成转位［14］，若氨基酰-tRNA能迅速与反密码子-密码子互补配对结合，则进入A位，若氨基酰-tRNA不能进行碱基互补配对，则从A位解离［15］。TUFM不仅对于线粒体蛋白质翻译的保真度非常重要，也是参与线粒体蛋白质折叠的分子伴侣［16］。He等研究证明，在肺癌细胞中敲低TUFM基因时，肺癌细胞线粒体基因编码蛋白的表达受到抑制，导致线粒体功能遭到破坏，ROS生成增加［7］。敲低TUFM基因可促进体外培养的A549细胞和小鼠体内肺癌发生EMT过程，导致肿瘤迁移和侵袭［7］。在肺癌患者中，发生EMT的肺癌患者呈现TUFM低表达，因此，低表达的TUFM基因可降低肺癌患者预后。而TUFM高表达组的肺癌患者可能还未出现迁移和侵袭，因此患者的预后比低表达组好。然而，TUFM基因导致肺癌发生发展的具体分子机制仍不清楚，有待于进一步探讨。

图1 GCBI数据库中TUFM基因在正常组织和人体各肿瘤组织中的表达

图2 Oncomine数据库中19项TUFM基因在肺癌组织表达水平的研究

图3 Oncomine数据库中TUFM基因在肺癌及正常肺组织中的表达

图4 GEPIA数据库中TUFM mRNA在肺癌组织与正常肺组织之间的相对表达

图5 正常肺组织及肺癌组织的IHC结果

使用Oncomine数据库、GCBI数据库、GEPIA数据库、HPA数据库以及Kaplan-Meier Plotter对TUFM基因在肺癌组织中的表达情况进行了整合的生物信息学分析。结果显示，与正常肺组织相比，TUFM mRNA在各种类型的肺癌组织中均高表达（P＜0.05）。TUFM基因在包括肺鳞癌和肺腺癌在内的多种人类常见肿瘤中的表达量均高于对应的正常组织。TUFM基因在正常的肺组织以及肺癌组织中IHC结果存在明显差别。最后，TUFM基因高表达组肺癌患者的预后结果较低表达组良好，可能是由于高表达TUFM基因抑制肺癌的转移和侵袭，因此，TUFM基因表达水平与肺癌患者的预后密切相关。最近，Xu等研究发现，泛素特异性肽酶5（Ubiquitin specific peptidase 5，USP5） 和TUFM 基因在原发性结直肠癌组织中均高表达，并且与患者的预后相关。过表达USP5基因促进了结直肠癌细胞的生长，USP5基因可使TUFM基因去泛素化，提高TUFM基因在结直肠癌细胞中的表达水平［17］。研究还发现TUFM基因表达下调可以降低结直肠癌细胞中USP5基因的水平，表明过表达的TUFM基因发挥负反馈作用以减少去泛素化，提高结直肠患者预后生存时间［17］。此外，有研究表明，在具有氧化磷酸化依赖性的弥漫性大B细胞淋巴瘤中，抑制TUFM基因可选择性诱导细胞毒性［18］。

该文通过数据库综合分析发现，TUFM在肺癌组织中高表达，提示TUFM基因可能参与了肺癌的发生和发展过程，并提示TUFM基因可能成为肺癌治疗干预的有效靶点。