原纤维蛋白1基因在胃癌组织中的表达、功能富集及信号通路生物信息学分析

姚坤厚，李 昊，王晨宇，张军杰，李兴旺

(河南大学淮河医院普通外科，河南 开封 475000)

胃癌是临床上较为常见的一类消化系统恶性肿瘤[1]。胃癌发生的危险因素包括幽门螺杆菌感染、吸烟、饮食因素、肥胖和遗传等。约10%的胃癌患者有胃癌家族史。全球范围内胃癌的发病率在癌症中居第5位，病死位居第3位[2]。目前，胃癌发生、发展和侵袭转移的分子机制仍未完全阐明。随着分子生物学技术、高通量测序技术、基因组技术以及转录组技术的不断进步，越来越多的证据表明，某些驱动基因时空表达的失调是胃癌发生的重要原因。原纤维蛋白1(fibrillin 1，FBN1)是原纤维蛋白家族的成员之一,是一种细胞外基质糖蛋白，是钙结合微纤维的结构成分[3-4]。微纤维在全身弹性和非弹性结缔组织中提供承重结构支撑。已有研究报道，FBN1的异常表达与多种实体肿瘤的发生、发展有关[5-6]，但其与胃癌的关系鲜有报道。基于此，本研究采用生物信息学分析方法探讨了FBN1基因在胃癌组织中的表达、功能富集及信号通路。

1 资料与方法

1.1 一般资料在癌症基因组图谱数据库(The Cancer Genome Atlas,TCGA)中检索FBN1 mRNA表达水平，比较胃癌组织及癌旁正常组织中FBN1基因相对表达情况。TCGA数据库中检索词为“胃癌”和“FBN1 mRNA”，检索物种为人类。

1.2 FBN1基因相关蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction，PPI)网络构建应用STRING数据库(http://string-db.org/cgi/input.pl)[7]对FBN1 mRNA及相关基因编码蛋白进行PPI网络构建，物种选择人，作用蛋白不少于21个，相互作用关系置信度大于0.4。

1.3 基因本体论(Gene Ontology，GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)分析应用David数据库对FBN1基因进行GO功能富集和KEGG分析。GO功能富集包括细胞组分富集、分子功能富集和生物学过程富集。

1.4 FBN1 mRNA表达水平与淋巴细胞浸润关系分析应用肿瘤免疫评估资源数据库(tumor immune estimation resource,TIMER)(https://cistrome.shinyapps.io/timer/)分析FBN1 mRNA表达水平与胃癌患者淋巴细胞浸润关系。检索词为“stomach cancer”和“FBN1 mRNA”。

1.5 生存分析根据胃癌组织中FBN1 mRNA表达水平的中位数，将胃癌患者分为高表达组(n=126)和低表达组(n=118)。胃癌组织中FBN1 mRNA表达水平大于等于中位数为高表达组，反之为低表达组。记录2组胃癌患者总生存期(overall survival，OS)和无疾病进展生存期(disease free survival，DFS)。

1.6 统计学处理本研究所涉及数据分析应用R软件完成(https://www.r-project.org/)。FBN1基因的功能富集采用Chisquare检验；采用Pearsn相关进行相关性分析，采用Cox回归模型的log-rank进行生存分析，并计算风险比(hazard ratio，HR);P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 FBN1 mRNA在胃癌组织和癌旁正常组织中的表达比较结果见图1。FBN1 mRNA在胃癌组织中的表达显著高于癌旁正常组织，差异有统计学意义(P<0.05)。

图1 FBN1 mRNA在胃癌组织和癌旁正常组织中的表达

2.2 PPI网络分析结果见图2。FBN1基因PPI中共有21个蛋白和143个相互作用关系。21个蛋白分别为重组人黏结蛋白聚糖2(syndecan 2，SDC2)、γ-纤维蛋白原多肽 (fibrinogen gamma chain, FGG)、层黏连蛋白β1 (laminin-beta-1,LAMB1)、整合素β1 (integrin subunit beta 1, ITGB1)、整合素α5(subunit alpha 5, ITGA5)、 Ⅲ型胶原蛋白α1(type Ⅲ collagen alpha-1, COL3A1)、微纤丝相关蛋白2(microfibril associated protein 2,MFAP2)、微纤丝相关蛋白5(microfibril associated protein 5,MFAP5)、FBN1, 弗林蛋白酶(Furin)、釉蛋白(enamelin, ENAM)、 整合素和金属蛋白酶10 (a disintegrin and metalloproteinase 10, ADAM10)、淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)、骨形态发生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)、基质金属蛋白酶组织抑制剂1(tissue inhibitor of metalloproteinases 1,TIMP1)、层粘连蛋白γ1(laminin-γ-1, LAMC1)、纤维连接蛋白1(fibronectin 1，FN1)、FBN1、潜在转化生长因子β结合蛋白-1(latent transforming growth factor-beta binding protein 1,LTBP1)、卵泡抑制素样蛋白l(follistatin-like protein 1,FSTL1)、多能蛋白聚糖(versican,VCAN) 。各蛋白平均相互作用指数为 0.816，网络中各个蛋白功能富集明显(P<0.05)。

图2 FBN1基因编码蛋白PPI网络

2.3 FBN1基因功能富集分析结果见表1、表2和表3。FBN1基因功能富集分析显示，FBN1基因生物学过程主要富集于翻译后蛋白质修饰、解剖结构发育和细胞基质黏附等；细胞组分主要富集于内质网内腔、细胞外基质和内质网等；分子功能主要富集于细胞黏附分子结合、整合素结合和结构分子活性等。

表2 FBN1基因细胞组分富集分析

表3 FBN1基因分子功能组分富集分析

2.4 FBN1基因生物学功能富集KEGG分析结果见表4。FBN1基因KEGG信号通路主要富集于细胞外基质(extracellular matrix，ECM)受体相互作用、黏着、胃肠道肿瘤等。

表4 KEGG所富集的FBN1基因生物学功能

2.5 FBN1 mRNA表达与淋巴细胞浸润FBN1 mRNA表达与CD8+T细胞、CD4+T细胞、巨噬细胞、中性粒细胞及树突状细胞浸润呈正相关(r=0.248、0.412、0.665、0.353、0.412，P<0.05)。

2.6 生存分析FBN1高表达组胃癌患者OS显著短于低表达组(HR=1.86,95%置信区间1.50～2.31,P<0.05);高表达组胃癌患者DFS显著短于低表达组(HR=1.93，95%置信区间1.50～2.45，P<0.05)。

3 讨论

FBN1蛋白由位于15号染色体上的FBN1基因编码，FBN1有65个编码外显子，编码一个含 2 871个氨基酸的前蛋白profibrillin，profibrillin被furin转化酶进行蛋白质水解切割，产生FBN1蛋白和蛋白质激素asprosin[8-9]。FBN1蛋白是一种大分子的细胞外基质糖蛋白，是10～12 nm钙结合微纤维的结构成分[10-11]。近年来陆续有文献报道，FBN1 mRNA表达水平与多种实体肿瘤的预后有关[12-13]。郭栋等[14]研究发现，FBN1 蛋白在胃癌组织中的表达与胃癌的浸润深度、淋巴结转移、TNM 分期密切相关,并可作为胃癌患者术后生存时间的评估指标。WANG等[15]研究发现，Aurora-A可诱导FBN1的表达，但在被BRCA2抑制的情况下可促进卵巢癌转移。

本研究采用生物信息大数据挖掘技术探讨了FBN1基因在胃癌中的表达、相关生物学功能和信号通路及其与患者生存期的关系，结果显示，FBN1 mRNA在胃癌患者癌组织中的表达水平显著上调。提示FBN1可能参与了人胃癌的发生与发展。本研究生存分析显示，FBN1 mRNA高表达组患者OS和DFS均显著低于低表达组，提示FBN1 mRNA的高表达与胃癌患者生存期短有关，并有望成为胃癌相关药物研发的潜在靶点。

综上所述，FBN1基因在胃癌患者癌组织中表达水平显著升高，且高表达患者OS和DFS显著降低。因此，推测FBN1与患者的预后不良有关，抑制胃癌患者FBN1的表达，有望改善患者生存期。但本研究主要从生物信息方面进行了数据挖掘和分析，缺乏细胞实验和临床试验验证，后续应进行相关的细胞、动物实验对本次研究结果进行进一步的证实。