鼻咽癌生物信息学研究进展

夏梦 李军政

摘要：鼻咽癌是我国南方地区高发的头颈部恶性肿瘤，由于早期症状不典型，发病部位隐蔽，易发生转移，患者的治疗效果和生存质量均受到严重影响。探索、研究鼻咽癌发生、发展的分子机制，对寻找用于鼻咽癌早期诊断、靶向治疗及预后评估的分子标记物有着极其重要的临床指导意义。生物信息学技术已成为生命科学研究的一个重要手段，本文对近年来生物信息学技术在鼻咽癌早期诊断、分子机制研究和分子靶向治疗等方面的研究进展进行综述。

关键词：鼻咽癌;生物信息学;肿瘤标志物

【中图分类号】 R766.3 【文献标识码】 A      【文章编号】2107-2306（2022）09--02

鼻咽癌（Nasopharyngeal Carcinoma， NPC）是一种起源于鼻咽上皮细胞的恶性肿瘤，具有极强的转移能力，已成为我国南方地区恶性肿瘤中的主要癌种和病死因素之一[1]。鼻咽癌的发生发展是一个多步骤、多阶段、多因素参与的复杂过程，这涉及到多个基因在时间和空间上的协调表达[2]。到目前为止，鼻咽癌进展的分子机制尚不清楚，限制了鼻咽癌临床早期诊断和治疗的能力。因此，探究鼻咽癌进展的分子机制，并发现其特异性生物标志物，对鼻咽癌的早期诊断和治疗至关重要。生物信息学技术是随着基因测序和计算机技术高速发展而诞生的分子生物学分析手段和技术，为鼻咽癌的早期诊断、分子机制研究和分子靶向治疗提供了研究手段。根据近年的文献检索，分以下几个方面对生物信息学技术在鼻咽癌研究中的应用与进展进行综述。

1.生物信息学技术

生物信息学（Bioinformatics）是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一[3]。其研究重点主要体现在基因组学（Genomics）和蛋白质组学（Proteomics）两方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构功能的生物信息，以计算机科学为主要研究手段，对生物学实验数据进行获取、加工、存储、检索与分析，从而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。

生物信息学的发展大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代。目前，它的主要研究 内容已经从对DNA和蛋白质序列比较、编码区分析、分子进化转移到大规模的数据整合，转移到比较基因组学、代谢网络分析、基因表达谱网络分析、蛋白质技术数据分析处理、蛋白质结构与功能 分析以及药物靶点筛选等。在后基因组时代的今天，生物信息学已经成为目前非常热门的系统生物学研究的重要手段。

生物信息学技术已成为生命科学研究的一个重要手段，利用各种功能的软件系统平台，通过序列比对与分析、功能基因组与基因表达数据的分析、蛋白质结构预测以及基于结构的药物设计等方面应用于各个生命科学研究领域。生物信息学技术在肿瘤研究领域的应用主要有肿瘤的基因诊断、分子机制研究和分子靶向治疗[4]。生物信息学技术通过单一的独立的研究数据与国际前沿研究结果相结合，运用数学和计算机科学等手段对大数据的生物学意义进行整合、挖掘和分析，通过全面比较不同恶性程度的鼻咽癌组织和正常组织的基因表达情况，可以得到鼻咽癌恶性进程中DNA水平的遗传变异，为筛选鼻咽癌分子标记物，研究发病及遗传机制提供了重要生物信息。

2.鼻咽癌基因诊断的生物信息学研究

鼻咽癌因其发病部位隐蔽，早期症状缺乏或非特异性，显著降低了诊断和预测鼻咽癌发展的准确性[5]，因此，筛查鼻咽癌肿瘤标记物，争取早期发现、选择最佳治疗方案、预后、监测复发或转移对鼻咽癌诊断治疗具有重要的临床意义。基因诊断因其具有创伤小、重复性高、方便、有效等特性，在鼻咽癌早期诊断中发挥着积极作用。基因芯片[6]是随着“人类基因组计划”的实施和高通量测序技术的快速发展而形成的一项集成技术，具有微型化、平行化、多样化和自动化等特点，广泛应用于人类医学研究领域。将疾病相关基因的互补DNA片段（基因探针）有序的集成于支持物上，形成微型DNA检测芯片，然后通过核酸分子的碱基互补配对与样品原位杂交产生检测信号，从而实现对生物样品的快速、平行、高通量地检测或诊断。

研究表明在鼻咽癌（NPC）中可观察到RAS相关结构域家族蛋白1A（RASSF1A）启动子的甲基化。Ye等[7] 利用生物信息学技术对包括926名鼻咽癌患者和495名非肿瘤对照者的16项研究进行meta分析，发现与非肿瘤组织，刷洗物和血液样品相比，NPC中RASSF1A启动子甲基化显着升高，且RASSF1A启动子甲基化与NPC患者的临床分期、淋巴结状态、远处转移和T分型有关，但与年龄和性别无关。揭示RASSF1A启动子甲基化可能与鼻咽癌的发生、发展和转移有关，是一种可用于从组织和刷洗物样品诊断鼻咽癌的有前途的无创生物标志物。SLIT2是一种候选肿瘤抑制基因，最近的研究表明SLIT2表达受到各种癌症启动子区域的高甲基化的抑制或降低。Li等[8]利用亚硫酸氢钠焦磷酸测序技术（Bisulfite pyro sequencing technology）对来自61名NPC患者和38名正常志愿者的组织和血浆样品中SLIT2启动子的甲基化水平进行检测，结果显示鼻咽癌患者的组织和血浆样品中SLIT2启动子的甲基化水平显着高于正常组，此外临床晚期、T分型晚期以及淋巴结转移患者中SLIT2启动子甲基化的频率显着增加，揭示SLIT2启动子甲基化升高导致鼻咽癌的风险，并参与其进展和转移。因此，甲基化的SLIT2启动子可以作为诊断NPC的潜在生物标志物。

3.鼻咽癌分子机制的生物信息学研究

鼻咽癌的发病与EB病毒感染、遗传因素、饮食习惯以及环境因素等多种因素作用相关[9]。但迄今为止鼻咽癌发生和发展的分子机制尚不清楚，限制了鼻咽癌的早期诊断和治疗。随着放射治疗和化疗技术的进步，患者结局有明显改善，然而远处转移是鼻咽癌（NPC）患者治療失败的主要原因[10]。因此，通过进一步阐明鼻咽癌转移的分子机制来寻找新的治疗靶点显得非常必要和迫切。张姝等[11]利用生物信息学技术对GEO数据库中41例鼻咽癌样本的全基因组芯片进行分析，筛选出21个蛋白激酶高表达，并利用数据库和文献挖掘方法获得这些高表达激酶的分子功能，研究表明，这些激酶可能通过调控肿瘤细胞周期等生物学功能来发挥促鼻咽癌作用，为鼻咽癌的分子机制研究和分子靶向治疗提供新的切入点。488D924A-01CC-47C0-BFEC-A41F31814ECA

在NPC中，來源于BamH1-A右向转录物的EBV编码的miRNA的miR-BART大量表达并且通过靶向各种细胞和病毒基因而有助于癌症发展。Lung等[12]通过small RNA测序在一组NPC患者衍生的异种移植物和EBV阳性的鼻咽癌细胞系中建立了EBV编码的miRNA的全面转录谱，经过挖掘分析发现，EBV使用miRNA机制作为控制NPC细胞中ATM信号传导途径的关键机制，通过抑制EBV阳性NPC细胞中的这些内源性miR-BART抑制Zta诱导的裂解性再激活。揭示四种病毒miRNA共同协同调节ATM活性以响应DNA损伤并维持病毒潜伏期，从而促进NPC的肿瘤发生。

大量研究表明，上皮-间质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）在肿瘤侵袭和转移中起着重要作用[13，14]。EMT的转变可通过上皮标志物（包括E-钙粘蛋白）的缺失以及新的间充质蛋白如Vimentin的获得进行表征。ZEB1，ZEB2，Slug，Snail和Twist等关键调控因子是预防癌症转移的潜在靶标[15，16]。

上皮嗜中性粒细胞激活肽-78（CXCL5）是CXC趋化因子家族的成员，其过表达与晚期肿瘤分期、局部浸润和转移潜能相关。研究发现，CXCL5 / CXCR2轴可以促进EMT通过PI3K / Akt / GSK-3β/ Snail信号通路的激活来激活HCC细胞[17]。此外，还发现CXCL5 / CXCR2轴通过激活ERK / Elk-1 / Snail和AKT /GSK3β/β-连环蛋白途径来增强人类结肠直肠癌转移[18]。在鼻咽癌研究方面，Qiu等[19]研究显示，CXCL5/CXCR2轴通过激活ERK / GSK-3β/ Snail信号通路参与NPC细胞的EMT，该轴可能成为鼻咽癌患者的潜在诊断标志物和治疗靶点。

4.鼻咽癌分子靶向治疗的生物信息学研究

分子靶向治疗恶性肿瘤是继手术、放疗、化疗之后发展起来的新手段，是基于肿瘤分子靶点的新型治疗，已成为近十年来研究和发展的重点。对于分子靶向治疗等新治疗策略的发展来说，了解恶性肿瘤的分子机制是非常关键的。目前肿瘤分子靶向治疗仍处于初步探索阶段，国内外研究运用基因芯片技术对不同发病阶段的鼻咽癌样品做了大规模筛选，构建了相关分子靶标系统。

近几年来，许多研究表明stathmin在多种人类恶性肿瘤中过度表达，并可能促进肿瘤的发生和发展。相反，stathmin的下调可以减少细胞增殖，运动和转移并诱导恶性肿瘤的凋亡。因此，stathmin拮抗剂（如特异性抑制剂（抗体，小分子化合物，肽或siRNA））可能是分子靶向治疗的新策略。Hsu等[20]对GEO数据库中鼻咽癌相关的数据进行挖掘，发现stathmin 1（STMN1）转录在鼻咽癌（NPC）中显着高表达，在调节细胞状态的细胞骨架快速微管重塑中发挥重要作用。回顾性免疫表达评估表明：高STMN1蛋白水平通常与不良预后相关，并赋予NPC患者肿瘤侵袭性，其上调可能归因于E2F1和/或TFDP1反式激活，高表达STMN1可作为独立的鼻咽癌预后指标。此外，由于NPC与Epstein-Barr病毒（EBV）感染密切相关，肿瘤相关病毒抗原在NPC中的作用使其成为细胞免疫治疗中最具吸引力的候选者。Zuo等[21]通过使用产生用于EB病毒（EBV）阳性鼻咽癌（NPC）的新微环（MC）质粒来构建新的非病毒靶向基因治疗系统，研究表明该载体可携带EBV阳性NPC的多种治疗基因，为MC治疗提供了新途径。

综上所述，高通量的基因芯片等检测手段对肿瘤进行从基因组水平到蛋白质组水平的研究，并运用生物信息学方法进行数据挖掘，已经广泛渗透到肿瘤的基因诊断、分子机制研究和分子靶向治疗。然而，生物信息学技术在临床肿瘤研究中仍处于起步阶段，筛选鼻咽癌早期诊断的生物标记物，揭示鼻咽癌发生发展的分子机制仍是医学研究中面临的主要挑战。基于生物信息学分析平台获取鼻咽癌相关的生物标记物和作用靶点，仍需要通过设计分子生物学实验研究来验证其功能及其在鼻咽癌发生发展分子机制中的作用。我们相信，随着研究的不断深入和基因芯片技术的不断完善，大数据生物信息学分析技术一定会在鼻咽癌早期诊断、分子机制研究和分子靶向治疗等方面取得重大突破。

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作者简介：夏梦，女，硕士研究生，研究方向：头颈肿瘤的基础与临床 Email：1358164223@qq.com

通讯作者：李军政，主任医师，硕士研究生导师，研究方向：头颈肿瘤的基础与临床 Email：jzli2002@163.com

基金资助：广州市科技计划（市校联合）项目 项目编号：202102010041488D924A-01CC-47C0-BFEC-A41F31814ECA