基于生物信息学方法分析SOX11与乳腺癌患者临床参数、预后的关系及其调控通路

张晶，王崇杰，门康，于琼，于静，朱坤兵

1 山东大学附属山东省立第三医院病理科，济南 250031；2 山东省妇幼保健院乳腺甲状腺外科

2020 年乳腺癌成为全球最常见的癌症之一，约占新发癌症的11.8%，也是女性癌症患者死亡的主要原因［1］。研究显示，Y染色体性决定区域（SRY）相关高迁移率族蛋白框（SOX）家族参与了多种生理病理过程［2-3］。SOX11 是器官发育过程中细胞生存、分化的主要因子，在神经元存活和细胞突起的生长中起重要作用［4］。研究显示，除了调节生长发育功能以外，SOX11 还参与了肿瘤的发生、发展［5］。SOX11在不同肿瘤中的表达状态不同，所起的作用也不同，既可以表现致癌作用，也可以表现抑癌作用［6-7］。研究发现，SOX11 蛋白在乳腺癌组织中的表达显著高于正常乳腺组织，其在三阴型乳腺癌及表皮生长因子受体2（Her-2）阳性型乳腺癌中的表达明显高于Luminal 型［8］。2021 年3 月—12 月，本研究利用癌症基因组图谱（TCGA）数据库，采用生物信息学方法观察了SOX11 与乳腺癌患者临床参数、预后的关系及其调控通路。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 数据下载与整理 数据集来自TCGA 数据库，利用UCSC Xena 浏览器下载SOX11 转录组和患者临床相关数据，SOX11 转录组数据集名称为TCGA.BRCA. sampleMap/HiSeqV2，样本信息数据集名称为TCGA. BRCA. sampleMap/BRCA_clinicalMatrix。使用RSEM 程序（v1.3.3）将转录组数据整理成基因表达矩阵文件，利用R 程序（v3.6.0）提取SOX11 在各组样本中的表达数据。转录组数据包括1 184 例份样本，均为组织样本，其中正常乳腺组织样本113例份、乳腺癌组织样本1 071 例份；在乳腺癌组织样本中，Luminal A 型407 例份、Luminal B 型191 例份、Her-2 过 表 达 型65 例 份、Basal-like 型137 例 份、Normal-like型24例份、无法分型247例份。

1.2 SOX11 表达及其与乳腺癌患者临床参数和预后的关系分析 利用R 程序（v3.6.0）整理乳腺癌患者的临床资料，选择年龄、Stage分期、T分期、淋巴结转移、M 分期、N 分期、生存时间、生存状态等信息完整的患者897 例，收集整理其临床资料。以SOX11在乳腺癌组织中的表达中位数（5.542 3）为界，将患者分为SOX11 高表达者459 例、低表达者438 例，比较其临床参数。使用R 包survival（v2.42.3）进行生存分析，比较SOX11 高、低表达患者的总体生存期（OS）、无病生存期（DFI）、疾病特异生存期（DSS）、无进展生存期（PFI）。

1.3 SOX11蛋白质相互作用关系（PPI）网络图的构建 使用PPI 网络数据库合并TRRUST 数据库，以及iREF 数据库中提供的转录调控互作网络，提取SOX11 参与的一级和二级网络，使用Cytoscape 软件绘制网络图，并将互作的类型映射到网络的边的属性。将网络连接度（Degree）映射到网络基因名称和节点的大小，节点越大即Degree 越大，提示其在网络中的作用越重要，得到SOX11互作的核心基因。

1.4 SOX11 相关核心基因的富集分析 基于基因本体论（GO）数据库和京都基因组百科全书（KEGG）数据库，将上述PPI网络的核心基因进行GO 功能和KEGG 通路富集分析。利用统计学算法（Fisher精确检验）找出与核心基因关联最大的生物学过程，条目对应的P值越小则提示该条目与核心基因联系越大，P＜0.05为差异有统计学意义。

1.5 统计学方法 采用R 包limma（v3.38.3）及SPSS17.0 统计软件。计量资料采用Shapiro-Wilk 正态性检验方法，呈正态分布以-x±s表示，结果比较采用t检验；非正态分布以M（P25，P75）表示，结果比较采用秩和检验。计数资料以n（%）表示，结果比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 乳腺癌组织、正常乳腺组织SOX11 表达比较乳腺癌组织、正常乳腺组织SOX11 相对表达量分别为6.085 5±2.403 4、4.430 1±1.958 5，二者比较P＜0.01；在乳腺癌组织中，Her-2 过表达型SOX11 相对 表 达 量 为9.066 4 ± 2.419 2、Basal-like 型 为8.663 2 ± 2.335 1，高于Luminal A 型的5.152 7 ±1.410 3、Luminal B 型的5.448 7 ± 1.988 4、Normallike型的5.698 6±2.483 4（P均＜0.05）。

2.2 SOX11 高、低表达者的临床参数比较 SOX11高表达者年龄≤58 岁及T1～T2分期的比例均高于SOX11 低表达者（P均＜0.05）。SOX11 高、低表达者的Stage 分期、淋巴结转移、M 分期比例比较均无统计学差异（P均＞0.05）。见表1。

表1 SOX11高、低表达者的临床参数比较［例（%）］

2.3 SOX11 高、低表达者的预后比较 SOX11 高、低表达者的OS、DFI 比较均无统计学差异（P均＞0.05），SOX11高表达者DSS、PFI明显低于低表达者（P均＜0.05）。见OSID码图1。

2.4 PPI 网络构建结果 共得到SOX11 互作的核心基因313 个，主要有配对盒基因6（PAX6）、锌指蛋白ZIC2、转录激活因子3（ATF3）、巯基氧化酶1（QSOX1）、长链非编码RNA-POU3F3等。见OSID码图2。

2.5 富集分析结果 GO 功能分析结果显示，PPI网络中的互作基因主要参与细胞周期、细胞分裂相关的生物过程和功能。KEGG 通路富集分析结果显示，PPI 网络中的互作基因主要富集到p53、Her-2、FOXO等信号通路。见表2。

表2 SOX11相关核心基因的GO功能和KEGG通路富集分析结果

3 讨论

近年来，虽然出现了一些新的乳腺癌治疗靶点，如PD-L1 抗体、PARP 抑制剂等，但由于肿瘤的异质性、耐药性等，仍有部分患者治疗效果不理想，这需要探索更多、更灵敏的新型肿瘤标志物。本研究基于生物信息学方法下载、分析了TCGA 数据库中乳腺癌组织中SOX11 相关的基因转录组数据和表型数据，结果显示乳腺癌组织中SOX11 蛋白表达明显高于正常乳腺组织，且在Her-2 过表达型和Basallike 型中的表达显著高于其他类型，与以往研究结果一致［8］。本研究结果还显示，SOX11 高表达者年龄≤58 岁及T1～T2分期的比例均高于SOX11 低表达者，提示SOX11 参与了乳腺癌的发生与发展。生存分析结果显示，SOX11对乳腺癌患者的OS、DFI影响不大，但这两种指标均未考虑死亡原因，也就是说患者的死亡可能与癌症本身无关，但SOX11 高表达者DSS、PFI 明显低于低表达者，说明SOX11 高表达提示乳腺癌患者预后较差。

本研究对PPI 网络中的SOX11 互作核心基因进行富集分析，结果显示主要富集到一些与细胞周期、细胞分裂相关的通路。此外，本研究还发现PPI 网络中的SOX11 互作核心基因在p53、Her-2、FOXO 等信号通路上有较高的富集。p53 是重要的肿瘤抑制因子，被称为基因组卫士，参与调节细胞生长、增殖和凋亡，可促进染色体稳定性，其调控功能一般是通过蛋白质之间的相互作用完成的［9-10］。研究显示，SOX11能在体外与p53相互作用，并促进p53的转录活性［11］。据此推测，SOX11 可能通过调控p53 的活性，从而影响乳腺癌的发生、发展。Her-2 是一种原癌基因，在多种恶性肿瘤中过表达，在乳腺癌组织中的表达率为20%～30%［12］。Her-2 过表达可促进肿瘤细胞增殖，且与患者预后不良相关［13］。研究显示，高表达Her-2 的乳腺癌细胞对靶向药物曲妥珠单抗存在耐药［14］。本研究结果显示，Her-2过表达型乳腺癌组织中的SOX11 表达较高，由于此型乳腺癌的雌激素受体（ER）和孕激素受体（PR）均阴性，而Her-2呈过表达状态，提示SOX11 与Her-2 之间可能存在直接或间接的调控关系。FOX 蛋白是转录因子家族，其中FOXO 亚族主要参与糖代谢调节及癌症的发生、发展［15］。研究显示，FOXO1 可以通过糖异生、糖酵解途径调节糖代谢，在乳腺癌的发生过程中，PI3K/AKT 通路异常活化，降低FOXO1 表达可促进乳腺癌细胞增殖、迁移及侵袭［16］。根据Warburg 效应，能量供应充足时，正常细胞以氧化磷酸化供能，而癌细胞以有氧糖酵解为主要供能方式，p53 基因失活、Her-2 基因活性增加、PI3K/AKT 通路调控FOXO1 表达等均可促进肿瘤细胞的糖酵解。因此，SOX11 可能通过这3 种途径调控肿瘤细胞的能量供应，从而调控乳腺癌的发生、发展，但是其确切的作用机制及功能有待更深入的研究。

综上所述，SOX11 在乳腺癌组织尤其是Her-2过表达型和Basal-like 型乳腺癌组织中表达升高，提示SOX11 可能促进了乳腺癌的发生发展，可能是Her-2 过表达型和Basal-like 型乳腺癌的关键调控因子，并提示患者预后不良；SOX11可能通过p53、Her-2、FOXO 等信号通路调控肿瘤细胞的能量供应，从而参与乳腺癌的发生发展。