全转录组测序及生物信息学分析对甲状腺乳头状癌转移生物学标记物的预测

明森祥，明 亮，张 虎

(1蒙阴县人民医院，山东 蒙阴 276200；2邹平县人民医院；3章丘区人民医院)

甲状腺乳头状癌(Papillary thyroid carcinoma，PTC)是甲状腺癌中最常见、侵袭性最低的组织学类型，约占所有甲状腺癌患者的75%～85%。在大多数PTC患者中，癌组织局限于甲状腺内，但约有5%～45%向甲状腺包膜外周围组织浸润(Extrathyroidal invasion，ETI)，约有3%～21%存在远处器官转移，是PTC预后不良最重要的因素，被认为是PTC死亡的最常见原因[1]。目前，尚没有明确的生物标志物判断初诊PTC的患者是否会发展为远处器官转移。本研究通过GEO数据库获得PTC不同类型患者的全转录组基因测序信息，通过生物信息学分析，筛选与PTC远处器官转移相关基因并对其功能进行富集，以便于对具有远处转移风险的PTC患者的识别，并为探讨PTC的疾病进展机制提供新的思路。

1 材料与方法

1.1测序数据的获取及分组 自GEO数据库中下载GSE129879数据集，下载数据格式为MINiML。将此数据集中所包含的9例样本分为三组：G1为非侵袭组，即甲状腺癌组织仅局限于甲状腺内，癌组织大小<2 cm，且无周围淋巴及血管浸润；G2为侵袭组，即ETI；G3为远处器官转移组。每组各3例。

1.2差异基因的获取 使用R软件的Limma软件包(3.40.2)筛选差异表达基因(Differential expressed genes，DEGs)。“P<0.05且Fold Change(差异倍数)>1.5或<-1.5”被定义为mRNA差异表达的阈值。

1.3通路富集 使用R中的ClusterProfiler程序分析差异基因的KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集以明确其潜在功能。

1.4基因交集的获取 使用韦恩图在线制作工具Venn Diagram分析并得到G3～G1组间DEGs与G3～G2组间DEGs的交叉基因。

2 结果

2.1组间DEGs的表达谱 G3与G1组间共筛选出47个DEGs，其中上调的有11个，下调的有36个。G3与G2组间共筛选出63个DEGs，其中上调的有41个，下调的有22个。各组top3详见表1。

表1 组间DEGs异常的top3基因

2.2DEGs富集的KEGG通路 G3-G1组间上调的DEGs的KEGG通路主要富集在病毒蛋白与细胞因子及细胞因子受体的相互作用、细胞凋亡、趋化因子信号通路，细胞因子-细胞因子受体的相互作用、MAPK信号通路，刺激神经组织的配体-受体相互作用、内质网中的蛋白质加工及癌症中的转录调控失调等；下调的DEGs则富集在泛素介导的蛋白水解作用、精氨酸生物合成、抗坏血酸和醛酸代谢、氨基酸的生物合成、碳代谢、FcγR-介导的吞噬作用、同源重组、氧化磷酸化及磷酸戊糖途径等。

G3-G2组间上调的DEGs的KEGG通路主要富集在Th17细胞分化、抗原处理和递呈、细胞周期、药物代谢-其他酶、缝隙连接、IL-17信号通路、PI3K-Akt信号通路、吞噬体、蛋白质消化吸收、嘧啶代谢、松弛素信号通路、视黄醇的新陈代谢及类固醇生物合成等；下调的DEGs则富集在mTOR信号通路、AMPK信号通路、多巴胺能神经突触、FoxO信号通路、Hippo信号通路、长寿调节通路、刺激神经组织的配体-受体相互作用、PI3K-Akt信号通路、调节干细胞多能性的信号通路、鞘脂类信号通路、紧密连接及信使RNA监测通路等。

2.3远处器官转移相关生物标记物的预测 取G3-G1与G3-G2组间DEGs的交叉基因，共获得了5个生物学标志物，其中DEFB136、PRR15、OR2AT4、ARCN1的表达均上调，TACO1的表达均下调。详见表2。

表2 组间生物学标志物的差异表达

3 讨论

PTC的特定临床病理特征与患者预后不良密切相关，如原发肿瘤较大、ETI、淋巴结转移和远处器官转移。其中远处器官转移是PTC患者预后不良最重要的因素，也是死亡的最常见原因[2]。因此，对PTC进行深入的发病机制研究，筛选与其远处器官转移相关的分子标志物是目前亟待解决的问题。

本研究通过GEO数据库获取PTC不同类型患者的基因测序信息，通过生物信息学分析发现了转移性PTC与非侵袭性PTC、转移性PTC与局部侵袭性PTC之间差异表达的5个交叉基因，其中DEFB136、PRR15上调。尽管目前尚未检索到二者在甲状腺癌中的相关研究，但有研究发现，DEFB136在预测肺癌临床特点中具有重要意义，特征性表达DEFB136的肺癌患者病情进展快、患者生存率低[3]；PRR15可能通过Wnt信号通路在消化道恶性肿瘤的疾病进展中发挥重要作用[4]。本研究首次发现二者可能预测甲状腺乳头状癌发生远处器官转移。此外，经通路富集分析，发现这些差异基因富集在MAPK信号通路、FcγR-介导的吞噬作用、Th17细胞分化、抗原处理和递呈、细胞周期、IL-17信号通路、PI3K-Akt信号通路、mTOR信号通路、AMPK信号通路、FoxO信号通路、Hippo信号通路、紧密连接等多个通路上，可能共同参与了PTC的疾病进展过程。

综上所述，本研究发现了DEFB136与PRR15等基因与PTC远处器官转移相关，可作为PTC的潜在转移标志物。但由于样本量受限，本研究的结果存在一定的局限性，在未来的研究中，将在更大的PTC样本群体中对本研究的结果进行验证，为其推广及临床应用奠定基础。