基于生物信息学分析对胶质母细胞瘤特异性生物标志物的筛查

张晓东，车俊诚

(博兴县人民医院，山东 博兴 256500)

胶质母细胞瘤(Glioblastoma，GBM)是成人中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，预后较差，复发率极高[1]。瘤周脑内区(Peritumoural brain zone，PT)是GBM最常见的复发部位，但目前对其研究多集中于肿瘤中心区域(Tumour core，TC)。有研究发现，PT区的组织学未发现异常，与TC区具有不同的基因表达产物，PT区肿瘤细胞与TC相比具有更强的迁移和侵袭性。本研究通过GEO数据库获得GBM测序信息并进行生物信息学分析，对其特异性表达基因及可能影响其复发的基因进行筛查，从而为理解GBM的发病及复发机制提供新思路。

1 资料与方法

1.1收集数据 利用由NCBI创建的基因表达数据库GEO下载GSE 116520的基因表达谱，该数据集包含41个组织样本，其中包括17个GBM的TC、17个PT以及8个非肿瘤性脑组织(Control)。

1.2筛选差异基因 使用在线软件GEO2R筛选GSE 116520数据集中TC、PT和Control组织两两之间的差异基因。以adj.P值<0.05和|logFC|>2为标准来筛选差异表达基因。利用Venn图网站分析上述三组之间的差异表达基因的交叉。

1.3分析转录因子和调控网络 使用在线网站X2K(Expression2Kinases)查找转录因子(Transcription factor，TF)与其靶基因之间的调控关系。选取TC vs Control与PT vs TC差异基因的交集，上传至X2K网站。使用TF分析模块，根据Fischer测试的P值，选取有意义的TF富集(P<0.05，此调控网络须具有有意义的相互关联边缘节点)。

2 结果

2.1各组基因表达情况 相对于Control组织，GBM的TC区差异表达的基因较PT区多。TC区共有683个差异表达的mRNA，其中上调的有215个(top3为TGFB1、CHI3L1、ANXA2P1)，下调的有468个(top3为PACSIN1、DDN、CAMK2A)。PT区共294个，包括97个上调的mRNA(top3为TOP2A、ANXA2P1、SERPINA3)及197个下调的mRNA(top3为DDN、PACSIN1、CAMK2A)。进一步就PT区与TC区的差异基因进行比较，仅发现19个差异mRNA，且均为上调基因。详见表1。

表1 PT与TC的19个差异基因

2.2差异基因的交集 将三组比较的差异基因取交集，发现在TC vs Control与PT vs Control中共同有289个差异基因。在TC vs Control与PT vs TC共同有19个差异基因，且均包含在TC vs Control的差异基因中。PT vs Control和PT vs TC中仅共同有1个差异基因，也是三组比较共同包含的差异基因，即OPALIN(TC vs Control，adj.P=3.60E-13，logFC=-4.804；PT vs Control，adj.P=9.79E-04，logFC=-2.803；PT vs TC，adj.P=0.009，logFC=2.002)。

2.3PT组织特异性表达的差异基因的TF分析和调控网络构建 进一步对共同有的289个差异基因进行TF及蛋白-蛋白相互作用网络的构建，共识别7个关键TF，依据深度依次为EZH2、TRIM28、SUZ12、SMAD4、E2F4、REST及FOXM1。

3 讨论

由于GBM具有侵袭性生长的特性，肿瘤、瘤周脑内区及周围正常脑组织之间的边界欠清，手术并不能完全切除存在恶性病变的脑组织。临床发现许多GBM患者对化疗和放疗存在抵抗，预后较差[2]。因此，对GBM进行深入的发病机制研究，筛选与其疾病进展相关的分子标志物是目前待解决的问题。

近年来，转录组学、基因芯片等高通量测序及生物信息学方法的快速发展和应用为从分子水平探索肿瘤的发生、发展提供了有效手段。本研究通过GEO数据库获取GBM的基因表达谱，采用生物信息学方法分析了不同部位和对照组织中基因表达的差异。发现了相对于对照组，TC区差异表达的基因较PT区多，但PT区组织仍具有可观数量的差异基因，其下调的top3 mRNA与TC区相同，差异基因的表达模式与TC区相近；PT区与TC区组织相比仅发现19个差异mRNA，且均为上调基因，这些基因包括MAG、PLP1、MOBP等可能参与了PT区肿瘤细胞增殖和迁移的调控，导致了PT区肿瘤细胞具有更强的迁移和侵袭能力；对共同有的289个差异mRNA的TF及蛋白-蛋白相互作用网络进行分析，发现了TRIM28及SMAD4等7个关键TF；定义了三组样本两两比较共同具有的差异基因OPALIN，并就TC vs Control与PT vs Control共同有的289个差异基因进行了转录因子的分析和调控网络的建设。

OPALIN是一种位于中枢神经系统髓鞘旁环膜的跨膜唾液糖蛋白，已被发现在坏死性结肠炎急性脑反应、帕金森病及恶性肿瘤中发挥一定的作用[3-4]。本研究发现OPALIN可能在GBM的发病及复发中起到十分重要的作用，值得进一步在体内及体外试验中进行相关的表达及功能验证。

综上所述，本研究发现了OPALIN在GBM不同部位显著的差异表达，识别了GBM发生过程中可能发挥重要作用的关键TF，OPALIN及上述转录因子可以作为潜在GBM复发或发病的分子标志物，为进一步研究GBM发生及发展的分子机制提供了新思路。